Name: 3d scanning technology bridging microcircuits and macroscale brain images in 3d novel embedding overlapping protocol
Uploaded: 2019-05-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol at JoVE.com

M.S., Tıp Bilimleri Fakültesi ve Tıp fakültesinde tıbbi bilgi Mühendisliği dersinde bulunan tüm personelden destek için minnettar ve yardımcı oldukları için Prof. Tetsuya Takakuwa, Prof. Nobukatsu Sawamoto ve Doris Zakian 'a teşekkür etmek istiyor Yorum. Bu çalışmada, zorlu araştırmacı araştırmalar için Grant-ın-Aid ve MEXT (eğitim, kültür, spor, bilim ve Teknoloji Bakanlığı) ' dan M.S. mükemmel genç araştırmacılar (LEADER) programının önde gelen girişimi tarafından destekleniyordu. Bu çalışmanın MRG denemeleri küçük hayvan MRG, tıbbi araştırma Destek Merkezi, Tıp Enstitüsü, Kyoto Üniversitesi, Japonya için bölüm 'de gerçekleştirildi.

Burada açıklanan tüm deneysel prosedürler Kyoto Üniversitesi hayvan bakımı Komitesi tarafından onaylanmıştır.
1. hayvanlar (gün 1)
<ol><li>Kadın C57BL/6J fareler hazırlayın (n = 6, yaşlı 3 − 5 hafta). Not: Bu protokol tüm kemirgen türler için geçerlidir.</li>
</ol>2. MRI ayarları (gün 1)
<ol><li>Bir ısıtıcı mat kontrol cihazı kullanarak 37 °C ' ye ayarlanmış bir kalorifer paspas üzerine yerleştirilen bi...

<ol>
	<li>Vogelsberger, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+galaxies+reproduced+by+a+hydrodynamic+simulation.">Properties of galaxies reproduced by a hydrodynamic simulation.</a> Nature. 509 (7499), 177-182 (2014).</li><li>Zhang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+systems+approach+identifies+genetic+nodes+and+networks+in+late-onset+Alzheimer&#8217;s+disease.">Integrated systems approach identifies genetic nodes and networks in late-onset Alzheimer&#8217;s disease.</a> Cell. 153 (3), 707-720 (2013).</li><li>Sporns, O., Chialvo, D. R., Kaiser, M., Hilgetag, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization,+development+and+function+of+complex+brain+networks.">Organization, development and function of complex brain networks.</a> Trends in Cognitive Sciences. 8 (9), 418-425 (2004).</li><li>Shimono, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-uniformity+of+cell+density+and+networks+in+the+monkey+brain.">Non-uniformity of cell density and networks in the monkey brain.</a> Scientific Reports. 3, 2541 (2013).</li><li>DeFelipe, J., Jones, E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cajal on the Cerebral Cortex: An Annotated Translation of the Complete Wrings. , (1988).</li><li>Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Neural Science. , (2013).</li><li>Pine, J., Taketani, M., Baudry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+history+of+MEA+development.">A history of MEA development.</a> Advances in Network Electrophysiology. , 3-23 (2006).</li><li>Grienberger, C., Konnerth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+calcium+in+neurons.">Imaging calcium in neurons.</a> Neuron. 73 (5), 862-885 (2012).</li><li>Shimono, M., Beggs, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+clusters,+hubs,+and+communities+in+the+cortical+microconnectome.">Functional clusters, hubs, and communities in the cortical microconnectome.</a> Cerebral Cortex. 25 (10), 3743-3757 (2014).</li><li>Amunts, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BigBrain:+An+Ultrahigh-Resolution+3D+Human+Brain+Model.">BigBrain: An Ultrahigh-Resolution 3D Human Brain Model.</a> Science. 340, 1472-1475 (2013).</li><li>Ali, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rigid+and+non-rigid+registration+of+polarized+light+imaging+data+for+3D+reconstruction+of+the+temporal+lobe+of+the+human+brain+at+micrometer+resolution.">Rigid and non-rigid registration of polarized light imaging data for 3D reconstruction of the temporal lobe of the human brain at micrometer resolution.</a> NeuroImage. 181, 235-251 (2018).</li><li>Kozai, T. D. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasmall+implantable+composite+microelectrodes+with+bioactive+surfaces+for+chronic+neural+interfaces.">Ultrasmall implantable composite microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces.</a> Nature Materials. 11, 1065-1073 (2012).</li><li>Kampasi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+color+optogenetic+control+of+neural+populations+using+low-noise,+multishank+optoelectrodes.">Dual color optogenetic control of neural populations using low-noise, multishank optoelectrodes.</a> Microsystems &amp; Nanoengineering. 4 (1), 10 (2018).</li><li>Hellwig, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quantitative+analysis+of+the+local+connectivity+between+pyramidal+neurons+in+layers+2/3+of+the+rat+visual+cortex.">A quantitative analysis of the local connectivity between pyramidal neurons in layers 2/3 of the rat visual cortex.</a> Biological Cybernetics. 82 (2), 111-121 (2000).</li><li>Bezgin, G., Reid, A. T., Schubert, D., K&#246;tter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matching+spatial+with+ontological+brain+regions+using+Java+tools+for+visualization,+database+access,+and+integrated+data+analysis.">Matching spatial with ontological brain regions using Java tools for visualization, database access, and integrated data analysis.</a> Neuroinformatics. 7 (1), 7-22 (2009).</li><li>Holmgren, C., Harkany, T., Svennenfors, B., Zilberter, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyramidal+cell+communication+within+local+networks+in+layer+2/3+of+rat+neocortex.">Pyramidal cell communication within local networks in layer 2/3 of rat neocortex.</a> The Journal of Physiology. 551 (1), 139-153 (2003).</li><li>Boucsein, C., Nawrot, M., Schnepel, P., Aertsen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+the+cortical+column:+abundance+and+physiology+of+horizontal+connections+imply+a+strong+role+for+inputs+from+the+surround.">Beyond the cortical column: abundance and physiology of horizontal connections imply a strong role for inputs from the surround.</a> Frontiers in Neuroscience. 5 (32), 1-13 (2011).</li><li>Edelsbrunner, H., Aronov, J. P. B., Basu, S., Sharir, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+reconstruction+by+wrapping+finite+point+sets+in+space.">Surface reconstruction by wrapping finite point sets in space.</a> Discrete and Computational Geometry - The Goodman-Pollack Festschrift. , 379-404 (2003).</li><li>Roland, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+brain+atlas:+For+high&#8208;resolution+functional+and+anatomical+mapping.">Human brain atlas: For high&#8208;resolution functional and anatomical mapping.</a> Human Brain Mapping. 1 (3), 173-184 (1994).</li><li>Johnson, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Waxholm+space:+an+image-based+reference+for+coordinating+mouse+brain+research.">Waxholm space: an image-based reference for coordinating mouse brain research.</a> NeuroImage. 53 (2), 365-372 (2010).</li><li>Evans, A. C., Janke, A. L., Collins, D. L., Baillet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+templates+and+atlases.">Brain templates and atlases.</a> NeuroImage. 62 (2), 911-922 (2012).</li><li>Okabe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain/MINDS&#8211;a+new+program+for+comprehensive+analyses+of+the+brain.">Brain/MINDS&#8211;a new program for comprehensive analyses of the brain.</a> Microscopy. 64 (1), 3-4 (2015).</li><li>Shimono, M., Hatano, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+communication+dynamics+on+macro-connectome,+and+the+propagation+speed.">Efficient communication dynamics on macro-connectome, and the propagation speed.</a> Scientific Reports. 8 (1), 2510 (2018).</li></ol>

İki beyin yüzeyinden daha doğru bir şekilde örtüşerek makroskopik ve mikroskobik uzamsal ölçekleri köprüleyerek 3D-NEO protokolü olarak adlandırılan yeni bir protokol geliştirdik. Aslen, iki beyin yüzeyi görüntülerinin doğru şekilde örtüşmesini ve canlı organizmalardan sağlıklı nöronal faaliyetleri kaydetmesi mümkün kılan bu protokolü oluştururken iki zorluk vardı. İlk olarak, etkili bir şekilde beyin organizması (adım 6,2 protokol) yaralanmadan kafatası ayıkladıktan sonra çıka...

Çeşitli fiziksel ve biyolojik kuruluşlarda bulunan çok ölçekli mimarileri genellikle1,2' de bulunur. Beyin aynı zamanda çok eşit olmayan ve çok ölçekli ağ organizasyon3,4. Çeşitli bilişsel fonksiyonlar, bu tür ağ kuruluşlarında kodlanmış, submillisecond temporal çözünürlüklerde nöronal nüfus elektrik başak desenleri temporal değişiklikler tutarak. Tarihsel olarak, nöronlar arasında karmaşık ağlar yapısal ayrıntılı olarak Santiago Ramón y Cajal tarafından 150 yıl önce5' ten itibaren boyama teknikleri kullanılarak gözlenmiştir. Aktif nöronların grup davranışlarını gözlemlemek için, araştırmacılar çeşitli kayıt teknolojileri geliştirdik6,7,8, ve bu tür teknolojilerin son önemli gelişmeler bize kayıt sağladı aynı anda çok sayıda nöronların elektrik faaliyetleri. Ayrıca, bu tür işlevsel etkinliklerden, bilim adamları, nöronların çok sayıda arasındaki nedensel etkileşimlerin ağları yeniden inşa etmeye başardı ve karmaşık etkileşimleri ' microconnectome ' 9 topolojik mimarisi ilan ettiler . Birçok beyin bölgeleri birden fazla Fiber-demetleri ile bağlı çünkü beynin makroskopik gözlemler de bir ağ organizasyonu olarak bir bütün beyin ile ilgili izin verir. Microconnectomes küresel beyin haritası içine gömme hala mevcut teknolojik gelişmeler içinde açık sınırlamalar vardır, bu yüzden bu gömme protokol çok önemlidir. Ancak, gömme protokolünün geliştirilmesi için birçok zorluk vardır. Örneğin, tamamen yalıtılmış beyin bölgelerinde yerel nöronal devrelerin yaşam etkinliklerini gözlemlemek için, beyin dilimleri in vitro kayıtlar için üretilmesi gerekir. Ayrıca, in vitro kayıtlar için Beyin dilimleri kayıtları hala en az iki nedenden dolayı önemli bir seçimdir. İlk olarak, beyin bölgelerinden ~ 1,5 mm 'den daha derin ve yüksek temporal çözünürlükte (< 1 MS) aynı anda birçok yaşam bireysel nöronların faaliyetlerini gözlemlemek kolay değildir. İkinci olarak, yerel bir nöronal devrenin iç mimarisini bilmeyi umduğunuzda, dış beyin bölgelerinden gelen tüm girişleri, karıştıran faktörleri ortadan kaldırmak için durdurmak gerekir. Yol tarifi ve üretilen Beyin dilimleri konumlarını belirlemek için, bu koordinatları kullanarak bu üretilen Beyin dilimleri uzamsal pozisyonları entegre etmek daha gerekli olacaktır. Ancak, organize bir şekilde beyin dilimleri yapmak için birkaç sistematik ve güvenilir yolları vardır10,11. Burada, Integrative protokol sağlamak için nörobilimsel araştırma için 3D tarama teknolojisini kullanarak yeni bir coregistration Protokolü tanıtıldı. Bu protokol, mikro ve makroölçekleri koordine etmek ve multielektrot dizisi (MEA) mikro veriler12,13 ve boyama verilerini, ayıklanan beynin 3D tarama yüzeyleriyle makroskopik MRG alanına yerleştirecek şekilde davranır, ayrıca noninvazif beyin kaydedildi. Şaşırtıcı bir şekilde, Bu histogram mod değeri olarak sadece ~ 50 μm bir mesafe hatası gösterdi. Sonuç olarak, MRI yüzeyi ile taranan 3B yüzey arasındaki iki yüzey arasındaki minimum mesafelerin mod değerleri, bireyler arasında ortak denetim yaparken uygun bir sayı olan altı fareler için yaklaşık 50 μm idi. Tipik dilim genişliği 300 μm civarında kaydedilmiş bir başak aktivitesine sahipti.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Air compressor</td>
			<td>Kimura Medical</td>
			<td>KA-100</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>All-in-one fluorescence microscope</td>
			<td>KEYENCE</td>
			<td>BZ-X710</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia box</td>
			<td>Bio Research Center</td>
			<td>RIC-01</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia system</td>
			<td>ACOMA Medical Industry</td>
			<td>NS-5000A</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-GAD67, clone 1G10.2</td>
			<td>Merk Millipore</td>
			<td>MAB5406</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chrolide</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>06729-55</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Choline Chloride</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>08809-45</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>curved blunt forceps</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposal scalpel</td>
			<td>Kai</td>
			<td>10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-PBS(-) without Ca and Mg, liquid(10x)</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td></td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D(+)-Glucose</td>
			<td>Wako</td>
			<td>049-31165</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>16605-42</td>
			<td>re-secctioning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor Plus 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A32723</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor Plus 555</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A32732</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater mat</td>
			<td>Bio Research Center</td>
			<td>HM-10</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater mat controller</td>
			<td>Bio Research Center</td>
			<td>BWT-100A</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heater system</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>MR-compatible Small Animal Heating System</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>AbbVie</td>
			<td></td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane vaporizer</td>
			<td>ACOMA Medical Industry</td>
			<td>MKIIIai</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear Slicer</td>
			<td>DOSAKA</td>
			<td>Neo Linear Slicer MT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L(+)-Ascorbic Acid Sodium Salt</td>
			<td>Wako</td>
			<td>196-01252</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chrolide Hexahydrate</td>
			<td>Wako</td>
			<td>135-00165</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MaxOne Single-Well MEA</td>
			<td>MaxWell Biosystems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal Spatula</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitoring system</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>Model 1025</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitoring software</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>PC-SAM V.5.12</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI compatible cradle</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>T12812</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI coil</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>T9988</td>
			<td>For MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI operation software</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>ParaVision 5.1</td>
			<td>For MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neo LinearSlicer MT</td>
			<td>D.S.K.</td>
			<td>NLS-MT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NeuN (D4G40) XP Rabbit mAb</td>
			<td>Cell Signaling</td>
			<td>24307</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal Goat Serum</td>
			<td>Wako</td>
			<td>143-06561</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>Wako</td>
			<td>163-03545</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene Glycol Mono-p-isooctylphenyl Ether</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>12967-45</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure-sensitive respiration sensor</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>RS-301</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical MRI scanner</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>BioSpec 70/20 USR</td>
			<td>For MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyruvic Acid Sodium Salt</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>29806-54</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCAN in a BOX</td>
			<td>Open Technologies srl</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scissors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sieve bottle</td>
			<td>TIGERCROWN</td>
			<td>81</td>
			<td>For 3D scan</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SlowFade Gold Antifade Mountant</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>S36937</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Wako</td>
			<td>191-01665</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Dihydrogenphosphate</td>
			<td>Wako</td>
			<td>197-09705</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydrogen Carbonate</td>
			<td>Wako</td>
			<td>191-01305</td>
			<td>aCSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydrogensulfite</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>31220-15</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermistor temperature probe</td>
			<td>SA Instruments</td>
			<td>RTP-101-B, PLTPC-300</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tooth bar</td>
			<td>Bruker BioSpin</td>
			<td>T10146</td>
			<td>Animal preparation for MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Winged intravenous needle</td>
			<td>TERUMO</td>
			<td>SV-23CLK</td>
			<td>For perfusion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mol/l-Tris-HCl Buffer Solution</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>35436-01</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mol/l-Hydrochloric Acid</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>37314-15</td>
			<td>For pH adjustment of solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16%-Paraformaldehyde Aqueous Solution</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>15710</td>
			<td>For immunostaining</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d scanning technology bridging microcircuits and macroscale brain images in 3d novel embedding overlapping protocol

İnsan beyni, çok ölçekli sistemi olan, hem makroskopik elektrik sinyalleri, küresel kalın beyaz madde elyaf demetleri boyunca akan, ve mikroskopik nöronal sivri, akons ve dendrites boyunca yayılıyor. Her iki ölçek insan bilişsel ve davranışsal fonksiyonların farklı yönlerini tamamlar. Makroskopik düzeyde MRG, en küçük uzamsal çözünürlüğün, Voksel boyutunun 0,1 – 1 mm3olduğu mevcut standart görüntüleme teknolojisi olmuştur. Ayrıca, mikroskobik düzeyde, önceki fizyolojik çalışmalar bu tür voxels içinde eşit olmayan nöronal mimariler farkındayız. Bu çalışmada, 3D tarama teknolojisindeki teknolojik gelişmeler ile biyolojik bilimsel araştırmalarla arabirim yaparak mikroskobik verileri makroskopik bir haritaya doğru bir şekilde katıştırmak için güçlü bir yol gelişir. 3D tarama teknolojisi çoğunlukla mühendislik ve endüstriyel tasarım için şimdiye kadar kullanılmış olduğundan, ilk kez canlı beyin hücrelerinde doğal spiking korurken tüm beyin içine microconnectomes katıştırmak için repurposed. Bu amaca ulaşmak için, ilk olarak, nemli ve yansıtıcı yüzeyler nedeniyle görüntü için doğal olarak zorlu yaşam biyo-organizmaların doğru 3D görüntüleri elde etmek için bir tarama protokolü inşa ettik. İkinci olarak, biz daha iyi koşullar koruyarak ve beyin dokusunda aktif nöronların daha doğal nöronal sivri kayıt önemli bir faktördür yaşam beyin dokusu, bozulması önlemek için hız tutmak için eğitildi. İki kortikal yüzey görüntüleri, bağımsız olarak iki farklı görüntüleme modülleri, yani MRI ve 3D tarayıcı yüzey görüntüleri, şaşırtıcı bir mesafe hatası gösteren sadece 50 μm histogram modu değeri olarak ayıklanır. Bu doğruluk, hücre içi mesafelerin mikroskobik çözünürlüğüne Ölçekle karşılaştırılabilir; Ayrıca, farklı bireysel fareler arasında kararlı. Bu yeni protokol, çakışan (3D-NEO) protokol katıştırma 3D roman, bu entegratif protokol tarafından türetilen makroskopik ve mikroskobik seviyeleri köprüler ve kapsamlı bağlantı mimarileri (i.e., çalışma için yeni bilimsel bulgular hızlandırır microconnectome).

Biz kortikal yüzeyler arasındaki mesafeler değerlendirdi, MRI hacmi sıyırma tarafından üretilen, ve yüzeyler çıkarılan beynin 3D taramaları elde. Mesafelerin histogram mod değerleri sadece 55 μm (Şekil 3A). Ayrıca, histogram uzaklığı sıfır eşittir noktadan biriktirirken, birikmiş değeri% 90 toplam örnek sayıların ~ 300 μm (Şekil 3B) ulaşır. İki yüzey arasındaki mesafelerin son histogram 50 μm ci...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol at JoVE.com

3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol

3D tarama teknolojisi köprüleme mikrodevreler ve Macroscale beyin görüntüleri 3D roman gömme çakışan protokol

Bu makalede, iki uzamsal ölçekler köprüleme 3D tarama teknolojisi kullanarak deneysel bir protokol tanıttı: MRG tarafından > 100 μm olarak görüntülenmiş tüm beyin anatomisinin makroskopik uzamsal ölçeği ve nöronal dağılımları kullanarak mikroskobik uzamsal ölçek immunohistokimya boyama ve multielektrot dizi sistemi ve diğer Yöntemler (~ 10 μm).

The human brain, being a multiscale system, has both macroscopic electrical signals, globally flowing along thick white-matter fiber bundles, and ...

Bu protokol anatomik 3D tarama teknolojisi tanıtmak için ilk, özellikle nöroanatomik araştırma alanında, ve son derece doğru örtüşen performans elde etti. 3D nöro katıştırma örtüşme, ya da 3D nöro protokol, makro ölçekli beyin görüntüleri içine mikro ölçekli steril soketleri gömmek, ve sorunsuz bu farklı mekansal ölçekler köprüler. Ayrıca 3D nöro protokolü insan MR'larına ve ölüm sonrası beyne de uygulamalıyız.Çakışma bize hastalık ile ilgili bilinen MRI kontrast desenleri belirlemek için izin sağlar. 3D tbmm sistemleri çıkarılan biyo organizmayı çevreleyen suya duyarlıdır, bu nedenle suyu çok dikkatli bir şekilde silmek çok önemlidir. Ayrıca, yordam mümkün olduğunca çabuk yapılmalıdır.Bu yordamı, metin protokolünde açıklandığı gibi fare nin yanı sıra MR'dan edinimve ekipman preparatları ile başlatın. İkinci gün, cerrahi makas kullanarak sagittal dikiş boyunca daha önce ötenazi lenmiş bir farenin kafa derisini kesin. Lambda noktasından bregma biraz önünde bir noktaya çapraz yönde kafatası kesmek için cerrahi makas kullanın.Sonra, yavaşça kavisli cımbız kullanarak beyinden kafatası soyma. Bir spatula ile beyin kaldırın ve buz gibi kesme çözeltisi ile petri kabına aktarın. Kontrollü dönen pompa hızına sahip bir harici gaz bombası kullanarak, buz gibi kesme çözeltisinde küçük kabarcıklar oluşturmak için %95 oksijen ve %5 karbondioksit içeren akış havası.1-2 dakika sonra, yüzeyi biraz un elek ile kaplı bir mikrofiber bez üzerinde beyin koyun. Mikrofiber bezi kullanarak beyin yüzeyindeki sıvıyı yavaşça silin. Beyni, sırt yönü yukarı, örnek standına koyun.Ardından, örnek standı otomatik pikap merkezine yerleştirin. 3D tbmsırasında odayı koyulaştırın ve pikapta 3D bir tbmkgerçekleştirin. 3D taramanın iyi çalışıp çalışmadığını test etmek için, iki çekim arasındaki açıyı 22,5, başlangıç açısını sıfır ve son açıyı 360 olarak seçerek 3D Tcan'ı tıklatın.Bir Petri kabına beyin hareket ettirin ve yaklaşık 10 saniye boyunca kesme çözeltisi beyin kabarcık. Neşter kullanarak beyni koronal düzlemin ortasında iki bloka böl. Sonra, cerrahi bir spatula kullanarak düz yüzeye yavaşça iki beyin blokları taşıyın.Anlık tutkal kullanarak beyin bloğu tabanının beyin blokları takın. Mikrofiber bezi kullanarak beyin yüzeyindeki sıvıyı bir ila iki dakika içinde hafifçe ve dikkatlice silin. Ardından, yeniden 3B tn'lik bir tn.gerçekleştirin.Vibratomun bıçak tutucuya bir bıçak takın. Beyin bloğu tabanının merkezini kaplayan siyah bandı bir vibratom için kesme aşamasının ortasına takın. Kesme çözeltisini kesme aşamasına dökün ve kesme aşamasını vibratome ayarlayın.Kesme hızını ve genliğini ayarlayın. İki beyin bloğundan 300 mikron kalınlığında 2-5 koronal dilim yapın. Mümkünse çözeltiyi kesme aşamasında köpürmeye devam edin.Hız için dakikada 12,7 milimetre, frekans için 87 ila 88 hertz ve salıncak genişliği için 0,8 ila 1,0 milimetre olarak ayarlayarak sistemin kesme hızını, frekansını ve titreşim genliğini optimize edin. Beyin dilimlerini keserken, dilimlenmiş koordinatı ön-posterior koordinat, yarımküre ve diğer koşullar da dahil olmak üzere biçimde kaydedin. Beyin dilimlerini kalın plastik pipet kullanarak önceden ısıtılmış ACSF ile dolu bir kabına yavaşça aktarın.Bir saat boyunca yaklaşık 34 santigrat derece de kabın içinde beyin dilimleri kuluçka. Bu süre zarfında, kesme aşamasında kalan beyin bloklarının 3Boyutlu bir tayini gerçekleştirin. Şimdi, bir kayıt ünitesine çok elektrotlu bir dizi veya MEA çipi ayarlayın.Çipi iki tüp kullanarak peristaltik bir pompaya bağlayın. Aynı ACSF'yi MEA çipine, diğer tüpü ise ACSF'yi MEA çipinden çıkarmak için yönlendirmek için bir tüp kullanın. İki tüpün ucunda, MEA çipinin duvarına bağlı iki iğne takın.MEA çipinin iç duvarını takip eden ipuçlarıyla konumlarını düzeltin. ACSF'nin akış hızını 4.1 RPM olarak ayarlayın. Metin protokolünde açıklandığı gibi kortikal birimleri ayıklamak için MRG veri işleme gerçekleştirin.MRI görüntü işleme gerçekleştirmek için, 3D Slicer ücretsiz yazılımı indirin. 3B Dilimleyici'deki ses işleme ve editör modülleri kullanılarak üretilen çıkarılan beyinlerin MR görüntülerini açın. Modu düzenleyiciden ses işlemeye değiştirin ve beynin görüntüsünün ekranın ortasına gelmesini sağlamak için bir hedef düğmesini tıklatın.MRT-2 beyin modunu seçin ve kaydırma çubuğunu hareket ettirerek eşikleri ayarlayın. Ardından, ses birimi işlemeden düzenleyiciye geri taşıyın ve eşik efekti düğmesini tıklatın. 41 etiketini uygulayın, serebral korteks.Ardından, form kontrol listesinde dosya biçimini VTK'dan STL'ye değiştirerek beyin yüzey verilerini STL dosyası olarak kaydedin. Küçük uyuşmazlıkları düzeltmek için bir teşkezlik dizisi içinde sekiz veya 16 farklı açıdan çekilen sekiz veya 16 görüntü arasında otomatik bir ortak kayıt gerçekleştirin. Bunu yapmak için hizalama seçeneğine dahil edilen Genel Kayıt'ı tıklatın ve görüntüleri tümleştirin.Tüm beyin yüzeyini elde etmek için farklı açılardan taramaları tekrarlayın. Farklı açılardan taranmış görüntüler arasındaki tümleştirme başarılı olmadıysa, El Ile Hizalama'yı tıklatın ve bir çift sabit görüntü ve hareketli bir görüntü seçin. Farklı görüntülerde üç veya dört ortak nokta seçerek görüntülerin el ile hizalanmasını başlatın.Ardından Tamam'ı tıklatın. Optimizasyon algoritması yinelemeli en yakın nokta algoritmasıdır ve doğrusal olmayan bir deformasyon içermez. Tüm görüntüleri seçerek ve örgü oluşturma düğmesini tıklatarak hizalanmış tüm görüntülerin bir örgü olun. Sonra, en yüksek çözünürlükte örgü almak için seçeneği, küçük sanatsal nesne seçin.Görüntüyü STL İkili veya ASCII biçimi olarak kaydedin. Şimdi, MRI yüzeyini açın ve yüzey işleme yazılımını kullanarak 3D tarayın yüzeyiyle birleştirin. Daha önce olduğu gibi el ile hizalama işlemi gerçekleştirin.Ardından, bu birlikte kaydedilmiş yüzey görüntülerini yeniden kaydedin. Gerekirse, beyin bölgesini çevreleyen küçük sesleri silerek, özellikle MRI verileri durumunda ve özellikle 3D tsam verileri söz konusu olduğunda herhangi bir deliği doldurarak ayrı yüzey verilerini temizleyin. Son olarak, MATLAB gibi veri analizi yazılımı ile yüzey verilerini açın.İki yüzey arasındaki minimum mesafelerin histogramlarını oluşturun ve değerlendirin. MRG hacminin sıyırılmasıyla üretilen kortikal yüzeyler ile çıkarılan beyinlerin 3 Boyutlu taramalarından elde edilen yüzeyler arasındaki mesafeler değerlendirildi. Mesafelerin histogramının mod değerleri sadece 55 mikrondur.Ayrıca, histogramı mesafenin sıfıra eşit olduğu noktadan biriktirirken, birikmiş değer yaklaşık 300 mikron toplam numune sayısının %90'ına ulaşır. İki yüzey arasındaki mesafelerin son histogramı tipik bir tepe yi yaklaşık 50 mikron olarak gösterdi. Makroskopik bir bakış açısından, bu mod değeri MRI'ların voxel boyutundan 100 mikron olan geometrik sınırlamaya karşılık gelir.Bu nokta dolaylı olarak MRG ve 3D taraması arasındaki çakışan algoritmanın mükemmel şekilde çalıştığını ve hem MRG hem de 3D taramasının gürültü düzeylerinin düşük bir değer olarak bastırıldığını göstermektedir. Bu protokol, tarama teknolojisi ile biyo-organizmaya doğru yükselen ilk protokoldür. Teknoloji aslında tamamen mühendislik talepleri için kullanılmıştır.Bu teknolojiyi tıbba uygulamak yeni soruları yanıtlayabilir. 3D taramadan sonra, zamansal ve aralıklı çözünürlük ve kaydedilebilir hücre sayısı açısından tamamlayıcı bilgi almak için kalsiyum-görüntüleme duvar yama gram kayıtları kullanabilirsiniz. Bu protokolün sağladığı son derece doğru çakışma performansı, anatomik uzamsal ölçek ile sıfır uzamsal ölçek arasında eskisinden daha gerçekçi bir ilişki sağlayacaktır.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings

Akut Beyin Dilimleri nöronal Mikro şemalar Elektrofizyolojik ve Morfolojik Karakterizasyonu Eşleştirilmiş Patch-Kelepçe Kayıtlar Kullanma

The combination of patch clamp recordings from two (or more) synaptically coupled neurons (paired recordings) in acute brain slice preparations with ...

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Mikro Elektrot Diziler 3D Engineered Nöronal Kültürler Arayüz: Yenilikçi<em&gt; İn Vitro</em&gt; Deneysel Model

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the ...

Utilizing 3D Printing Technology to Merge MRI with Histology: A Protocol for Brain Sectioning

3D Baskı Teknolojisini kullanan Histoloji ile MRG Birleştirme: Beyin için Protokol Kesit

Magnetic resonance imaging (MRI) allows for the delineation between normal and abnormal tissue on a macroscopic scale, sampling an entire tissue volume ...

High-resolution Confocal Imaging of the Blood-brain Barrier: Imaging, 3D Reconstruction, and Quantification of Transcytosis

Kan - beyin bariyerini yüksek çözünürlüklü Confocal görüntüleme: görüntüleme, 3D yeniden yapılanma ve Transcytosis miktar

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic multicellular interface that regulates the transport of molecules between the circulation and the brain. ...

Live Images of GLUT4 Protein Trafficking in Mouse Primary Hypothalamic Neurons Using Deconvolution Microscopy

GLUT4 protein Deconvolution mikroskobu kullanarak fare birincil hipotalamik nöronlarda ticareti canlı görüntüleri

Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a global health crisis which is characterized by insulin signaling impairment and chronic inflammation in peripheral ...

Assay Development for High Content Quantification of Sod1 Mutant Protein Aggregate Formation in Living Cells

Yüksek içerik miktar Sod1 canlı hücreler Mutant Protein toplama oluşumu için tahlil geliştirme

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that can be caused by inherited mutations in the gene encoding copper-zinc ...

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

A Novel In Vitro Model of Blast Traumatic Brain Injury

Patlama travmatik beyin hasarı roman Vitro modeli

Traumatic brain injury is a leading cause of death and disability in military and civilian populations. Blast traumatic brain injury results from the ...

High-Resolution 3D Imaging of Rabies Virus Infection in Solvent-Cleared Brain Tissue

Solvent-temizlenmiş beyin dokusu kuduz virüs enfeksiyonu yüksek çözünürlüklü 3D görüntüleme

The visualization of infection processes in tissues and organs by immunolabeling is a key method in modern infection biology. The ability to observe and ...

A Method for 3D Reconstruction and Virtual Reality Analysis of Glial and Neuronal Cells

Glial ve Nöronal Hücrelerin 3D Rekonstrüksiyonu ve Sanal Gerçeklik Analizi Için Bir Yöntem

Serial sectioning and subsequent high-resolution imaging of biological tissue using electron microscopy (EM) allow for the segmentation and reconstruction ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Kemirgen beyninde protein Ifadesini ölçmek için yakın kızılötesi floresan ve yüksek çözünürlüklü tarama kullanma

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...