Name: wide-field single-photon optical recording in brain slices using voltage-sensitive dye
Uploaded: 2019-06-20T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye at JoVE.com

TT קיבל את JSPS KAKENHI גרנט (JP16H06532, JP16K21743, JP16H06524, JP16K0038, ו JP15K00413) מ MEXT ומענקים מהמשרד לבריאות, עבודה ורווחה (MHLW-kagaku-ippan-H27 [15570760] ו H30 [18062156]). אנחנו רוצים להודות לנומרולאין (www.editage.jp) לעריכת שפה באנגלית.

כל הניסויים בבעלי חיים נערכו על פי פרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים והשתמש באוניברסיטת טוקאשימה בוני. הפרוטוקול הבא להכנת פרוסה הוא כמעט הליך סטנדרטי27 , אבל השינויים היו הפרוטוקולים של כתמים והקלטה עם vsd.
1. הכנה לפני יום הניסוי
<ol><li>הכינו את המ...

<ol>
	<li>Tominaga, Y., Taketoshi, M., Tominaga, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overall+Assay+of+Neuronal+Signal+Propagation+Pattern+With+Long-Term+Potentiation+(LTP)+in+Hippocampal+Slices+From+the+CA1+Area+With+Fast+Voltage-Sensitive+Dye+Imaging.">Overall Assay of Neuronal Signal Propagation Pattern With Long-Term Potentiation (LTP) in Hippocampal Slices From the CA1 Area With Fast Voltage-Sensitive Dye Imaging.</a> Frontiers in Cellular Neuroscience. 12, 389 (2018).</li><li>Tominaga, T., Kajiwara, R., Tominaga, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VSD+Imaging+Method+of+Ex+Vivo+Brain+Preparation.">VSD Imaging Method of Ex Vivo Brain Preparation.</a> Journal of Neuroscience and Neuroengineering. 2 (3), 211-219 (2013).</li><li>Homma, R., 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=Wide-field+and+two-photon+imaging+of+brain+activity+with+voltage-+and+calcium-sensitive+dyes.">Wide-field and two-photon imaging of brain activity with voltage- and calcium-sensitive dyes.</a> Methods Mol Biol. 364 (1529), 2453-2467 (2009).</li><li>Grinvald, A., Hildesheim, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VSDI:+a+new+era+in+functional+imaging+of+cortical+dynamics.">VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics.</a> Nature Reviews Neuroscience. 5 (11), 874-885 (2004).</li><li>Tasaki, I., Watanabe, A., Sandlin, R., Carnay, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+fluorescence,+turbidity,+and+birefringence+associated+with+nerve+excitation.">Changes in fluorescence, turbidity, and birefringence associated with nerve excitation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 61 (3), 883-888 (1968).</li><li>Cohen, L., Keynes, R., Hille, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+Scattering+and+Birefringence+Changes+during+Nerve+Activity.">Light Scattering and Birefringence Changes during Nerve Activity.</a> Nature. 218 (5140), 438-441 (1968).</li><li>Hill, D., Keynes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opacity+changes+in+stimulated+nerve.">Opacity changes in stimulated nerve.</a> The Journal of Physiology. 108 (3), 278-281 (1949).</li><li>Waggoner, A., Salzberg, B., Davila, H., Cohen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Large+Change+in+Axon+Fluorescence+that+Provides+a+Promising+Method+for+Measuring+Membrane+Potential.">A Large Change in Axon Fluorescence that Provides a Promising Method for Measuring Membrane Potential.</a> Nature New Biology. 241 (109), 159 (1973).</li><li>Salzberg, B., Davila, H., Cohen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Recording+of+Impulses+in+Individual+Neurones+of+an+Invertebrate+Central+Nervous+System.">Optical Recording of Impulses in Individual Neurones of an Invertebrate Central Nervous System.</a> Nature. 246 (5434), (1973).</li><li>Cohen, L., lzberg, B., Grinvald, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Methods+for+Monitoring+Neuron+Activity.">Optical Methods for Monitoring Neuron Activity.</a> Annual Review of Neuroscience. 1 (1), 171-182 (1978).</li><li>Ross, W. N., Salzberg, B. M., Cohen, L. B., Davila, H. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+large+change+in+dye+absorption+during+the+action+potential.">A large change in dye absorption during the action potential.</a> Biophysical Journal. 14 (12), 983-986 (1974).</li><li>Loew, L. M., Cohen, L. B., Salzberg, B. M., Obaid, A. L., Bezanilla, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge-shift+probes+of+membrane+potential.+Characterization+of+aminostyrylpyridinium+dyes+on+the+squid+giant+axon.">Charge-shift probes of membrane potential. Characterization of aminostyrylpyridinium dyes on the squid giant axon.</a> Biophysical Journal. 47 (1), 71-77 (1985).</li><li>Loew, L. 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=A+naphthyl+analog+of+the+aminostyryl+pyridinium+class+of+potentiometric+membrane+dyes+shows+consistent+sensitivity+in+a+variety+of+tissue,+cell,+and+model+membrane+preparations.">A naphthyl analog of the aminostyryl pyridinium class of potentiometric membrane dyes shows consistent sensitivity in a variety of tissue, cell, and model membrane preparations.</a> The Journal of Membrane Biology. 130 (1), 1-10 (1992).</li><li>Mullah, 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=Evaluation+of+Voltage-Sensitive+Fluorescence+Dyes+for+Monitoring+Neuronal+Activity+in+the+Embryonic+Central+Nervous+System.">Evaluation of Voltage-Sensitive Fluorescence Dyes for Monitoring Neuronal Activity in the Embryonic Central Nervous System.</a> The Journal of Membrane Biology. 246 (9), 679-688 (2013).</li><li>Momose-Sato, Y., Sato, K., Arai, Y., Yazawa, I., Mochida, H., Kamino, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Voltage-Sensitive+Dyes+for+Long-Term+Recording+of+Neural+Activity+in+the+Hippocampus.">Evaluation of Voltage-Sensitive Dyes for Long-Term Recording of Neural Activity in the Hippocampus.</a> Journal of Membrane Biology. 172 (2), 145-157 (1999).</li><li>Tominaga, T., Tominaga, Y., Yamada, H., Matsumoto, G., Ichikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+optical+signals+with+electrophysiological+signals+in+neural+activities+of+Di-4-ANEPPS+stained+rat+hippocampal+slices.">Quantification of optical signals with electrophysiological signals in neural activities of Di-4-ANEPPS stained rat hippocampal slices.</a> Journal of Neuroscience Methods. 102 (1), 11-23 (2000).</li><li>Tominaga, T., Ichikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+apparatus+for+sliced+specimen+of+biological+tissue+and+specimen+holder.">Experimental apparatus for sliced specimen of biological tissue and specimen holder.</a> US Patent. , (2002).</li><li>Buskila, Y., Breen, P. P., Tapson, J., van Schaik, A., Barton, M., Morley, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extending+the+viability+of+acute+brain+slices.">Extending the viability of acute brain slices.</a> Scientific Reports. 4 (1), srep05309 (2015).</li><li>Tanemura, 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=Neurodegeneration+with+Tau+Accumulation+in+a+Transgenic+Mouse+Expressing+V337M+Human+Tau.">Neurodegeneration with Tau Accumulation in a Transgenic Mouse Expressing V337M Human Tau.</a> Journal of Neuroscience. 22 (1), 133-141 (2002).</li><li>Tominaga, Y., Ichikawa, M., Tominaga, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+potential+response+profiles+of+CA1+pyramidal+cells+probed+with+voltage-sensitive+dye+optical+imaging+in+rat+hippocampal+slices+reveal+the+impact+of+GABAA-mediated+feed-forward+inhibition+in+signal+propagation.">Membrane potential response profiles of CA1 pyramidal cells probed with voltage-sensitive dye optical imaging in rat hippocampal slices reveal the impact of GABAA-mediated feed-forward inhibition in signal propagation.</a> Neuroscience Research. 64 (2), 152-161 (2009).</li><li>Suh, J., Rivest, A. J., Nakashiba, T., Tominaga, T., Tonegawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entorhinal+Cortex+Layer+III+Input+to+the+Hippocampus+Is+Crucial+for+Temporal+Association+Memory.">Entorhinal Cortex Layer III Input to the Hippocampus Is Crucial for Temporal Association Memory.</a> Science. 334 (6061), 1415-1420 (2011).</li><li>Juliandi, 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=Reduced+Adult+Hippocampal+Neurogenesis+and+Cognitive+Impairments+following+Prenatal+Treatment+of+the+Antiepileptic+Drug+Valproic+Acid.">Reduced Adult Hippocampal Neurogenesis and Cognitive Impairments following Prenatal Treatment of the Antiepileptic Drug Valproic Acid.</a> Stem cell reports. 5 (6), 1-14 (2016).</li><li>Stepan, J., Dine, J., Eder, 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+optical+probing+of+the+hippocampal+trisynaptic+circuit+in+vitro:+network+dynamics,+filter+properties,+and+polysynaptic+induction+of+CA1+LTP.">Functional optical probing of the hippocampal trisynaptic circuit in vitro: network dynamics, filter properties, and polysynaptic induction of CA1 LTP.</a> Frontiers in Neuroscience. 9, 160 (2015).</li><li>Tominaga, Y., Taketoshi, M., Tominaga, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overall+Assay+of+Neuronal+Signal+Propagation+Pattern+With+Long-Term+Potentiation+(LTP)+in+Hippocampal+Slices+From+the+CA1+Area+With+Fast+Voltage-Sensitive+Dye+Imaging.">Overall Assay of Neuronal Signal Propagation Pattern With Long-Term Potentiation (LTP) in Hippocampal Slices From the CA1 Area With Fast Voltage-Sensitive Dye Imaging.</a> Frontiers in Cellular Neuroscience. 12, 389 (2018).</li><li>Kajiwara, R., Tominaga, Y., Tominaga, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Network+Plasticity+Involved+in+the+Spread+of+Neural+Activity+Within+the+Rhinal+Cortices+as+Revealed+by+Voltage-Sensitive+Dye+Imaging+in+Mouse+Brain+Slices.">Network Plasticity Involved in the Spread of Neural Activity Within the Rhinal Cortices as Revealed by Voltage-Sensitive Dye Imaging in Mouse Brain Slices.</a> Frontiers in Cellular Neuroscience. 13, 20 (2019).</li><li>Popovic, M., Gao, X., Zecevic, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltage-sensitive+dye+recording+from+axons,+dendrites+and+dendritic+spines+of+individual+neurons+in+brain+slices.">Voltage-sensitive dye recording from axons, dendrites and dendritic spines of individual neurons in brain slices.</a> Journal of visualized experiments. , (2012).</li><li>Sakmann, B., Stuart, 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> Single-Channel Recording. , (1995).</li><li>Tominaga, T., Tominaga, Y., Ichikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+imaging+of+long-lasting+depolarization+on+burst+stimulation+in+area+CA1+of+rat+hippocampal+slices.">Optical imaging of long-lasting depolarization on burst stimulation in area CA1 of rat hippocampal slices.</a> Journal of neurophysiology. 88 (3), 1523-1532 (2002).</li><li>Mennerick, 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=Diverse+Voltage-Sensitive+Dyes+Modulate+GABAAReceptor+Function.">Diverse Voltage-Sensitive Dyes Modulate GABAAReceptor Function.</a> The Journal of Neuroscience. 30 (8), 2871-2879 (2010).</li><li>Canitano, R., Pallagrosi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autism+Spectrum+Disorders+and+Schizophrenia+Spectrum+Disorders:+Excitation/Inhibition+Imbalance+and+Developmental+Trajectories.">Autism Spectrum Disorders and Schizophrenia Spectrum Disorders: Excitation/Inhibition Imbalance and Developmental Trajectories.</a> Frontiers in Psychiatry. 8, 69 (2017).</li><li>Anticevic, A., Murray, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rebalancing+Altered+Computations:+Considering+the+Role+of+Neural+Excitation+and+Inhibition+Balance+Across+the+Psychiatric+Spectrum.">Rebalancing Altered Computations: Considering the Role of Neural Excitation and Inhibition Balance Across the Psychiatric Spectrum.</a> Biological Psychiatry. 81 (10), 816-817 (2017).</li><li>Busche, M., 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=Impairments+of+neural+circuit+function+in+Alzheimer&#8217;s+disease.">Impairments of neural circuit function in Alzheimer&#8217;s disease.</a> Phil. Trans. R. Soc. B. 371 (1700), 20150429 (2016).</li><li>Kn&#246;pfel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetically+encoded+optical+indicators+for+the+analysis+of+neuronal+circuits.">Genetically encoded optical indicators for the analysis of neuronal circuits.</a> Nature Reviews Neuroscience. 13 (10), 687 (2012).</li><li>Kn&#246;pfel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanding+the+toolbox+for+remote+control+of+neuronal+circuits.">Expanding the toolbox for remote control of neuronal circuits.</a> Nature Methods. 5 (4), 293 (2008).</li><li>Tominaga, T., Tominaga, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+nonscanning+confocal+microscopy+module+for+functional+voltage-sensitive+dye+and+Ca2++imaging+of+neuronal+circuit+activity.">A new nonscanning confocal microscopy module for functional voltage-sensitive dye and Ca2+ imaging of neuronal circuit activity.</a> Journal of Neurophysiology. 110 (2), 553-561 (2013).</li></ol>

הפיזיולוגיה של הפרוסה חיונית. לאיסוף האות הנכון השימוש במערכת מסנני טבעת-ממברנה בפרוטוקול זה מבטיח שהפרוסה תישאר בריאה ובלתי מעוותת במהלך הפרוצדורה2,16,17. מערכות אחרות ניתן להשתמש כדי לשמור על פיזיולוגיה הפרוסה במהלך ההקלטה, אבל הפרוסה ל?...

הדמיה של המוח הרחב במיוחד פוטון בודד צבע רגיש (vsd) דימות של מוכתם בצובר מוחית ההכנות לנתח הפך כלי כמותי שימושי כדי להעריך את הדינמיקה של מעגלים עצביים1,2,3,4 . לאחר ניתוח של שינויים במאפיינים אופטיים בשל עירור ממברנה5,6,7, הדמיה vsd תוארה לראשונה בשנות ה-70 המוקדמות על ידי כהן ואחרים6,8, 9.; זוהי שיטה מתאימה לפקח על פונקציות המוח בזמן אמת כמו הצבע ישירות בדיקה שינויים פוטנציאליים הממברנה (כלומר, האות העיקרי של הנוירונים).
VSDs המוקדמים ביותר היו המאפיינים הרצוי כדי להבין את מערכת המוח, כגון מהיר בזמן קבוע לעקוב אחר קינטיקה מהירה של אירועים פוטנציאליים קרום עצבי, ו יניאריות עם השינוי בקרום פוטנציאל9, מיכל עשור , מיכל בן 11 , מיכל בן 12 , מיכל בן 13 , מיכל בן 14 , 15. דומה לניסויים אחרים בדימות, טכניקה זו דורשת מגוון רחב של מינהור מסוים, כגון המצלמות, האופטיקה, התוכנה והפיזיולוגיה של הפרוסה, כדי להשיג את התוצאות הרצויות. בשל מלכודות טכניות אלה, היתרונות הצפויים במהלך המאמצים הראשוניים לא בהכרח התמחו עבור רוב המעבדות שלא המתמחות בטכניקה זו.
הגורם הראשוני של הקושי הטכני היה רגישות נמוכה של VSD לקראת שינוי פוטנציאלי הממברנה כאשר מיושם כתמים בצובר של ההכנות פרוסה. גודל האות האופטי (כלומר, השינוי החלקי בקרינה הפלואורסצנטית) הוא בדרך כלל 10-4-10-3 של השלט (F0) אות בתנאים פיזיולוגיים. סולם הזמן של שינוי פוטנציאלי של קרום בעצב הוא כ אלפיות שניה עד כמה מאות אלפיות שניה. כדי למדוד את השינויים בפוטנציאל הממברנה של העצב, המצלמה בשימוש עבור ההקלטה צריך להיות מסוגל להשיג תמונות עם מהירות גבוהה (10 kHz כדי 100 Hz). רגישות נמוכה של vsd ואת המהירות הדרושה כדי לעקוב אחר האות העצבית דורש כמות גדולה של אור לאסוף במצלמה במהירות גבוהה, עם יחס אות לרעש גבוה (S/N)2,16.
האופטיקה של מערכת ההקלטה הם גם אלמנט קריטי כדי להבטיח איסוף של אור מספיק כדי לשפר את S/N. ההגדלה שהושגה על-ידי האופטיקה היא לעתים קרובות נמוכה באופן מוגזם, כגון 1X כדי 10X, כדי להמחיש מעגל עצבי מקומי פונקציונלי. לדוגמה, כדי להמחיש את הדינמיקה של מעגל ההיפוקמאל, הגדלה של כ -5 תהיה מתאימה. להגדלה כזו נמוכה יש יעילות נמוכה של זריחה; לכן, אופטיקה מתקדמת תהיה מועילה להקלטה כזו.
בנוסף, גם הפיזיולוגיה של הפרוסה חיונית. מאחר שניתוח ההדמיה מחייב שהפרוסות יהיו שלמות, יש צורך בטיפול בפרוסה הזהירה17. יתר על כן, מדדים שננקטו כדי לשמור על הכדאיות הפרוסה זמן רב יותר הם חשובים18.
המאמר הנוכחי מתאר את הפרוטוקול להכנת פרוסות, צביעת VSD ומדידות. המאמר מתאר גם את השיפורים של VSDs, מכשיר הדמיה ואופטיקה, ועוד ליטושים נוספים למערכת הניסיונית שאפשרה שיטה זו לשמש כמערכת פשוטה, רבת עוצמה וכמותית לצורך המחשה של שינוי המוח בפונקציות19,20,21,22,23,24,25. הטכניקה יכולה גם לשמש רבות לפוטנציאל לטווח ארוך באזור CA1 של היפוקמאל פרוסות1. יתר על כן, טכניקה זו שימושית גם הקלטה אופטית של פוטנציאל הממברנה תא עצבי אחד26.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:940px;" width="942">
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:221px;">High speed image acquisition system</td>
			<td style="width:195px;">Brainvision co. Ltd.</td>
			<td style="width:353px;">MiCAM - Ultima</td>
			<td style="width:171px;">Imaging system</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">High speed image acquisition system</td>
			<td>Brainvision co. Ltd.</td>
			<td>MiCAM 02</td>
			<td>Imaging system</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Macroscepe for wide field imaging</td>
			<td>Brainvision co. Ltd.</td>
			<td>THT macroscope</td>
			<td>macroscope</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">High powere LED illumination system with photo-diodode stablilizer</td>
			<td>Brainvision co. Ltd.</td>
			<td style="width:353px;">LEX-2G</td>
			<td style="width:171px;">LED illumination</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Image acquisition software</td>
			<td>Brainvision co. Ltd.</td>
			<td>BV-ana</td>
			<td>image acquisition software</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Multifunctional electric stimulator</td>
			<td>Brainvision co. Ltd.</td>
			<td>ESTM-8</td>
			<td>Stimulus isolator+AD/DA converter</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Slicer</td>
			<td>Leica</td>
			<td>VT-1200S</td>
			<td>slicer</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Slicer</td>
			<td>Leica</td>
			<td>VT-1000</td>
			<td>slicer</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Blade for slicer</td>
			<td>Feather Safety Razor Co., Ltd.</td>
			<td>#99027</td>
			<td>carbon steel razor blade</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Membrane filter for slice support</td>
			<td>Merk Millipore Ltd., MA, USA</td>
			<td>Omnipore, JHWP01300, 0.45 &#181;m pores,</td>
			<td>membrane filter/ 0.45 13</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Numerical analysis software</td>
			<td>Wavemetrics Inc., OR, USA</td>
			<td>IgorPro</td>
			<td>analysing software</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Stimulation isolator</td>
			<td>WPI Inc.</td>
			<td>A395</td>
			<td>Stimulus isolator</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">AD/DA converter</td>
			<td>Instrutech</td>
			<td>ITC-18</td>
			<td>AD/DA converter</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Voltage sensitive dye Di-4-ANEPPS</td>
			<td>Invitrogen, Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, USA</td>
			<td>catalog number: D-1199</td>
			<td>VSD: Di-4-ANEPPS</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">poloxamer</td>
			<td>Invitrogen, Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, USA</td>
			<td>Pluronic F-127 P30000MP</td>
			<td>poloxamer / Pluronic F-127 (20% solution in DMSO)</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">polyethoxylated castor oil</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Cremophor EL C5135</td>
			<td>polyethoxylated castor oil</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wide-field single-photon optical recording in brain slices using voltage-sensitive dye

שטח רחב בודד פוטון בודדת צבע רגיש (VSD) הדמיה של ההכנות פרוסת המוח הוא כלי שימושי כדי להעריך את הקישוריות תפקודית במעגלים עצביים. עקב שינוי השבר באות האור, היה קשה להשתמש בשיטה זו כתוך שיטה כמותית. מאמר זה מתאר מערכות מיוחדות לטיפול באופטיקה ופרוסות, המתארות טכניקה זו ליציבה ולאמינות. המאמר הנוכחי ממחיש את הטיפול פרוסה, כתמים, והקלטה של פרוסות VSD מוכתם היפוקמאל בפירוט. המערכת שומרת על התנאים הפיזיולוגיים זמן רב, עם כתמים טובים, ומונעת תנועות מכניות של הפרוסה במהלך ההקלטות. כמו-כן, היא מאפשרת צביעת פרוסות בכמות קטנה של הצבע. האופטיקה להשיג צמצם מספרי גבוה בהגדלה נמוכה, אשר מאפשר הקלטה של האות VSD בקצב מסגרת מקסימלית של 10 kHz, עם 100 פיקסל x 100 פיקסל מרחבי רזולוציה. בשל קצב הפריימים הגבוה והרזולוציה המרחבית, טכניקה זו מאפשרת יישום של המסננים שלאחר ההקלטה, המספקים יחס מספיק של אות לרעש כדי להעריך את השינויים במעגלים העצביים.

איור 5 מראה את האות האופטי המייצג על גירוי חשמלי של העירבון השייפר באזור CA1 של פרוסת היפוקמאל בעכבר. התמונות רצופות באיור 5A להראות את האות האופטי לפני כל מסנני המרחב הזמני הוחלו, בעוד איור 5a מראה את הנתונים אותו לאחר החלת 5 x 5...

Watch this Scientific Journal Video about Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye at JoVE.com

Wide-field Single-photon Optical Recording in Brain Slices Using Voltage-sensitive Dye

אנו מציגים שיטת הקלטה אופטית ויציבה לפרוסות מוח באמצעות צבע רגיש למתח. המאמר מתאר מכתים צבע רגיש מתח והקלטה של אותות אופטיים באמצעות הכנה היפוקמאל הפרוסות המקובלת.

הקלטה אופטית חד-שלמה של פוטון בפרוסות מוח באמצעות שימוש במתח-צבע רגיש

Wide-field single photon voltage-sensitive dye (VSD) imaging of brain slice preparations is a useful tool to assess the functional connectivity in neural ...

שיטת ההקלטה האופטית עם צבע רגיש למתח נחשבת לטכנולוגיה אידיאלית כדי לדמיין כיצד המוח עובד. שיטה זו אפשרה לנו להקליט דינמיקה נוירופסיכולוגית באופן הדוק ואמין במשך 12 שעות, נתן לנו מבט על פעילות נפשית. אנו מנסים להרחיב את היישום כדי לזהות שינויים במעגל הנגרמים על ידי כימיקלים בכל שלב הפיתוח, כגון יישום חומצה יקר לאימהות.הטכניקה כבר מבוססת היטב. אנא נסו לשחזר מחקרים על ידי ביצוע השיטה המוצגת כאן. כדי להתחיל בהליך זה, לטבול את הראש ערוף בקרח קר ACSF במגש כירורגי נירוסטה.מוציאים את המוח תוך דקה וממקם אותו בתוך מקור המכיל ACSF מצונן במשך חמש דקות. לאחר מכן, מחלקים את החלק במוח בקו האמצע עם אזמל ומ מניחים את שתי ההמיספרות על בלוק של 4%. לאחר מכן, מקם את בלוק המוח עם שתי ההמיספרות על בלוק 4%agar.נגב את ה- ACSF העודף מהבלוק באמצעות נייר סינון. לאחר מכן, יש למרוח דבק-על על פלטפורמת הרטט. מניחים עליו את גוש הגר ומנגבים את ההיבקות המוגזמת בנייר סינון.בעדינות להחיל כמות קטנה של קרח קר ACSF מהחלק העליון של המוח אגר בלוק כדי לעזור לחזק דבק סופר עודף ולמנוע הדבק מלכסות את המוח ולהפריע חיתוך. לאחר מכן, תקן את הפלטפורמה למגש הרטט ושפוך את ה- ACSF שהשתנה. הגדר את הרטט למהירות איטית והגדר את תדר הלהב בהגדרה המרבית שלו.אז תתחילו לתסתך. מניחים את הפרוסות בפינת תא הפרוסה ברצף כך שניתן יהיה להבדיל בקלות בין סדר הפרוסות. בדרך כלל ניתן להשיג שלוש עד חמש פרוסות מחצי כדור אחד.לאחר מכן, לחתוך את חלק גזע המוח באמצעות מחט 30 מד. בעזרת מברשת צבע קטנה עם קצה, מניחים את הפרוסה על מסנן הממברנה המוחזק בטבעת פלקסיגלס. מניחים את הטבעת בתא התאוששות לח ולאבטח את הכיסוי כדי לשמור על הלחץ הפנימי גבוה.בעת מיקום הפרוסה על מסנן הממברנה, התאימו את הכיוון והמיקום של הפרוסה בתוך הטבעת כדי לוודא שהיא מרוכזת היטב ויש לה כיוון עקבי. השאירו את הדגימה ב 28 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות ולאחר מכן בטמפרטורת החדר לפחות 10 עד 30 דקות להחלמה. כדי להכתים את הפרוסות, יש למרוח בעדינות 100 מיקרוליטרים של תותר הכתמים על כל פרוסה ולהדרור ב-20 דקות לטמפרטורת החדר.לאחר מכן, הכן 50 עד 100 מיליליטר של ACSF במיכל. מניחים את הטבעת עם הדגימה בה כדי לשטוף את פתרון הכתמים. לאחר מכן, מעבירים את הפרוסות השטיפות לתא דגירה אחר.חכה יותר משעה להתאוששות לפני הניסוי. כדי להתחיל בהליך זה, הפעל את מערכת המגבר, המחשב והמצלמה ופתח את התוכנה. יוצקים ACSF בצינור 50 מיליליטר ומבעבעים אותו עם קרבוגן.השתמש במשאבה פריסטולית כדי להפיץ את ה- ACSF ולהתאים את קצב הזרימה לכמיליליטר לדקה. לאחר מכן, להתאים את הגובה של פיפטה יניקה, כך רמת הנוזל בתוך תא הניסוי הוא תמיד קבוע. שים את האלקטרודה הקרקעית בתא.לאחר מכן, למלא את אלקטרודה זכוכית עם כמות קטנה של ACSF ולמקום אותו מחזיק האלקטרודה. חבר את המחזיק למוט של המניפולטור. באמצעות מגבר, ודא כי עמידות האלקטרודה היא כמגה-ם אחד.בהקלטה, להעביר פרוסה מהתא לח לתא ניסיוני. לחץ בחוזקה על קצה הטבעת לתוך טבעת הסיליקון. היזהר לא לשבור את הממברנה או את החלק התחתון של תא הניסוי.מתחת למיקרוסקופ מניחים את קצה האלקטרודה המריצה ואת אלקטרודה ההקלטה הפוטנציאלית של השדה על הפרוסה. בדוק את התגובה המעוררת על ידי אספקת גירוי. ודא כי שדה התצוגה מכסה את המעגל העצבי הנכון במערכת ההקלטה האופטית.לאחר מכן, כוונן את עוצמת אור העירור לכ- 70 עד 80% מהקיבולת המרבית במצלמה. באמצעות מקור האור הפלואורסצנטי, התאם את המוקד למערכת הרכישה. לאחר מכן, התחל את ההקלטה ונתח את הנתונים בתוכנה לרכישת תמונות לאחר הרכישה.איור זה מראה את האות האופטי הייצוגי על גירוי חשמלי של ה- Schaffer collaterol באזור CA1 של פרוסת היפוקמפוס של עכבר. תמונות עוקבות אלה מציגות את האות האופטי לפני החלת מסננים spacial ו temporal בעוד תמונות אלה מציגים את אותם נתונים לאחר החלת חמש על חמש על חמש מסנן מעוקב פעמיים. בשל קצב הפריימים הגבוה והרזולוציה המרחבית הגבוהה, היישום של המסנן לא לשנות את האות, אבל סינן את הרעש אשר ניתן לראות גם במסלול הזמן נרשם פיקסלים במשפט אחד.הנה ההשוואה של התגובות האופייניות באזור CA1 של פרוסות ההיפוקמפוס בין עכבר וחולדה. התגובה ההיפר-קוטבית הקטנה נצפית בצד הדיסטלי של ה- CA1 לאחר 24 אלפיות שנייה בפרוסת ההיפוקמפוס של העכבר, אך תגובה היפר-קוטבית מסיבית יותר עקפה את התגובה הדפולארית בפרוסת ההיפוקמפוס של העכבר. לאחר הפרוסות מוכתמות, הם צריכים להימשך מעל 12 שעות ואתה יכול לבצע הקלטות אלקטרופיזיולוגיות אחרות עליהם.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Optical Imaging of Neurons in the Crab Stomatogastric Ganglion with Voltage-sensitive Dyes

דימות אופטי של נוירונים גנגליון סרטן Stomatogastric עם מתח רגיש צבעים

Voltage-sensitive dye imaging of neurons is a key methodology for the understanding of how neuronal networks are organised and how the simultaneous ...

Voltage-sensitive Dye Recording from Axons, Dendrites and Dendritic Spines of Individual Neurons in Brain Slices

הקלטת דיי מתח רגישה מהאקסונים, הדנדריטים וקוצים הדנדריטים של נוירונים בודדים בפרוסות מוח

Understanding the biophysical properties and functional organization of single neurons and how they process information is fundamental for understanding ...

Paired Whole Cell Recordings in Organotypic Hippocampal Slices

הקלטות תא כל לזווג בפרוסות בהיפוקמפוס Organotypic

Pair recordings involve simultaneous whole cell patch clamp recordings from two synaptically connected neurons, enabling not only direct ...

Regioselective Biolistic Targeting in Organotypic Brain Slices Using a Modified Gene Gun

Regioselective Biolistic המיקוד בOrganotypic פרוסות המוח באמצעות אקדח ג&#39;ין השתנה

Transfection of DNA has been invaluable for biological sciences and with recent advances to organotypic brain slice preparations, the effect of various ...

A Large Lateral Craniotomy Procedure for Mesoscale Wide-field Optical Imaging of Brain Activity

נוהל Craniotomy Lateral גדול עבור דימות אופטי Mesoscale רחב בתחום של פעילות המוח

The craniotomy is a commonly performed procedure to expose the brain for in vivo experiments. In mouse research, most labs utilize a small craniotomy, ...

Preparation of Acute Brain Slices Using an Optimized N-Methyl-D-glucamine Protective Recovery Method

Preparation of Acute Brain Slices Using an Optimized N-Methyl-D-glucamine Protective Recovery Method

הכנת פרוסות המוח חריפה באמצעות אופטימיזציה N-מתיל-D-שיטת שחזור מגן glucamine

This protocol is a practical guide to the N-methyl-D-glucamine (NMDG) protective recovery method of brain slice preparation. Numerous recent studies have ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices

הקלטות תיקון מהדק כל תא פרוסות המוח

Whole-cell patch-clamp recording is an electrophysiological technique that allows the study of the&#160;electrical properties of a substantial part of the ...

Recording EEG in Freely Moving Neonatal Rats Using a Novel Method

הקלטה EEG בחופשיות העברת חולדות neonatal בשיטת רומן

EEG is a useful method to detect electrical activity in the brain. Moreover, it is a widely used diagnostic tool for various neurological conditions, such ...

Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System

הקלטה הפלסטיות הסינפטית בפרוסות בהיפוקמפוס חריפה, בהשתתפות של מיחזור - בנפח מצומצם, זלוף- ומערכת ועלייתו-סוג תא

Even though experiments on brain slices have been in use since 1951, problems remain that reduce the probability of achieving a stable and successful ...

Recording and Modulation of Epileptiform Activity in Rodent Brain Slices Coupled to Microelectrode Arrays

הקלטה של אפנון של הפעילות פרוסות המוח מכרסמים מצמידים מערכים Microelectrode

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) ...