Name: multi-fiber photometry to record neural activity in freely-moving animals
Uploaded: 2019-10-20T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multi-Fiber Photometry to Record Neural Activity in Freely-Moving Animals at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door een subsidie van de natuurwetenschappen en ingenieurs Onderzoekraad van Canada (NSERC: RGPIN-2017-06131) aan C.P. C. P. is een FRSQ chercheur-Boursier. We danken ook de Plateforme d'Outils Moléculaires (https://www.neurophotonics.ca/fr/pom) voor de productie van de virale vectoren die in deze studie worden gebruikt.

Alle experimenten werden gedaan in overeenstemming met de institutionele Dierenzorg en gebruik comités van de Universiteit van Californië, San Diego, en de Canadese gids voor de zorg en het gebruik van proefdieren en werden goedgekeurd door de Université Laval Animal Protection Commissie.
1. uitlijning van het optische pad tussen de CMOS-camera (Complementary Metal Oxide Semiconductor) en het individueel of vertakkings snoer
<ol><li>Draai alle schroeven op de 5-assige vertaler (11, <stron...

<ol>
	<li>Gunaydin, L. 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=Natural+Neural+Projection+Dynamics+Underlying+Social+Behavior.">Natural Neural Projection Dynamics Underlying Social Behavior.</a> Cell. 157 (7), 1535-1551 (2014).</li><li>Proulx, C. D., 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+neural+pathway+controlling+motivation+to+exert+effort.">A neural pathway controlling motivation to exert effort.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (22), 5792-5797 (2018).</li><li>Muir, J., 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=In+Vivo+Fiber+Photometry+Reveals+Signature+of+Future+Stress+Susceptibility+in+Nucleus+Accumbens.">In Vivo Fiber Photometry Reveals Signature of Future Stress Susceptibility in Nucleus Accumbens.</a> Neuropsychopharmacology. 43 (2), 255-263 (2017).</li><li>Wang, D., 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=Learning+shapes+the+aversion+and+reward+responses+of+lateral+habenula+neurons.">Learning shapes the aversion and reward responses of lateral habenula neurons.</a> eLife. 6, (2017).</li><li>de Jong, J. W., 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+Neural+Circuit+Mechanism+for+Encoding+Aversive+Stimuli+in+the+Mesolimbic+Dopamine+System.">A Neural Circuit Mechanism for Encoding Aversive Stimuli in the Mesolimbic Dopamine System.</a> Neuron. 101 (1), 133-151 (2018).</li><li>Lerner, T. N., 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=Intact-Brain+Analyses+Reveal+Distinct+Information+Carried+by+SNc+Dopamine+Subcircuits.">Intact-Brain Analyses Reveal Distinct Information Carried by SNc Dopamine Subcircuits.</a> Cell. 162 (3), 635-647 (2015).</li><li>Calipari, E. 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=In+vivo+imaging+identifies+temporal+signature+of+D1+and+D2+medium+spiny+neurons+in+cocaine+reward.">In vivo imaging identifies temporal signature of D1 and D2 medium spiny neurons in cocaine reward.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (10), 2726-2731 (2016).</li><li>Gonz&#225;lez, A. J., 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=Inhibitory+Interplay+between+Orexin+Neurons+and+Eating.">Inhibitory Interplay between Orexin Neurons and Eating.</a> Current Biology. 26 (18), 2486-2491 (2016).</li><li>Chen, T. -. W., 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=Ultrasensitive+fluorescent+proteins+for+imaging+neuronal+activity.">Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity.</a> Nature. 499 (7458), 295-300 (2013).</li><li>Barker, D. J., 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=Lateral+Preoptic+Control+of+the+Lateral+Habenula+through+Convergent+Glutamate+and+GABA+Transmission.">Lateral Preoptic Control of the Lateral Habenula through Convergent Glutamate and GABA Transmission.</a> Cell Reports. 21 (7), 1757-1769 (2017).</li><li>Siciliano, C. A., Tye, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leveraging+calcium+imaging+to+illuminate+circuit+dysfunction+in+addiction.">Leveraging calcium imaging to illuminate circuit dysfunction in addiction.</a> Alcohol. 74, 47-63 (2018).</li><li>Kim, C. 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=Simultaneous+fast+measurement+of+circuit+dynamics+at+multiple+sites+across+the+mammalian+brain.">Simultaneous fast measurement of circuit dynamics at multiple sites across the mammalian brain.</a> Nature Methods. 13 (4), 325-328 (2016).</li><li>Sych, Y., Chernysheva, M., Sumanovski, L. T., Helmchen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-density+multi-fiber+photometry+for+studying+large-scale+brain+circuit+dynamics.">High-density multi-fiber photometry for studying large-scale brain circuit dynamics.</a> Nature Methods. 16 (6), 553-560 (2019).</li><li>Akam, T., Walton, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pyPhotometry:+Open+source+Python+based+hardware+and+software+for+fiber+photometry+data+acquisition.">pyPhotometry: Open source Python based hardware and software for fiber photometry data acquisition.</a> Scientific Reports. 9 (1), 3521 (2019).</li><li>Sparta, D. 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=Construction+of+implantable+optical+fibers+for+long-term+optogenetic+manipulation+of+neural+circuits.">Construction of implantable optical fibers for long-term optogenetic manipulation of neural circuits.</a> Nature Protocol. 7 (1), 12-23 (2011).</li><li>Stamatakis, A. 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=Lateral+Hypothalamic+Area+Glutamatergic+Neurons+and+Their+Projections+to+the+Lateral+Habenula+Regulate+Feeding+and+Reward.">Lateral Hypothalamic Area Glutamatergic Neurons and Their Projections to the Lateral Habenula Regulate Feeding and Reward.</a> The Journal of Neuroscience. 36 (2), 302-311 (2016).</li><li>Tervo, G. D., 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+Designer+AAV+Variant+Permits+Efficient+Retrograde+Access+to+Projection+Neurons.">A Designer AAV Variant Permits Efficient Retrograde Access to Projection Neurons.</a> Neuron. 92 (2), 372-382 (2016).</li><li>Yu, K., da Silva, P., Albeanu, D. F., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Central+Amygdala+Somatostatin+Neurons+Gate+Passive+and+Active+Defensive+Behaviors.">Central Amygdala Somatostatin Neurons Gate Passive and Active Defensive Behaviors.</a> The Journal of Neuroscience. 36 (24), 6488-6496 (2016).</li><li>Falkner, A. L., Grosenick, L., Davidson, T. J., Deisseroth, K., Lin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothalamic+control+of+male+aggression-seeking+behavior.">Hypothalamic control of male aggression-seeking behavior.</a> Nature Neuroscience. 19 (4), 596-604 (2016).</li><li>Ren, J., 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=Anatomically+Defined+and+Functionally+Distinct+Dorsal+Raphe+Serotonin+Sub-systems.">Anatomically Defined and Functionally Distinct Dorsal Raphe Serotonin Sub-systems.</a> Cell. 175 (2), 472-487 (2018).</li><li>Barnett, L. M., Hughes, T. E., Drobizhev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deciphering+the+molecular+mechanism+responsible+for+GCaMP6m&#8217;s+Ca2+-dependent+change+in+fluorescence.">Deciphering the molecular mechanism responsible for GCaMP6m&#8217;s Ca2+-dependent change in fluorescence.</a> PLOS ONE. 12 (2), 0170934 (2017).</li><li>Sun, F., 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+Genetically+Encoded+Fluorescent+Sensor+Enables+Rapid+and+Specific+Detection+of+Dopamine+in+Flies,+Fish,+and+Mice.">A Genetically Encoded Fluorescent Sensor Enables Rapid and Specific Detection of Dopamine in Flies, Fish, and Mice.</a> Cell. 174 (2), 481-496 (2018).</li><li>Patriarchi, T., 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=Ultrafast+neuronal+imaging+of+dopamine+dynamics+with+designed+genetically+encoded+sensors.">Ultrafast neuronal imaging of dopamine dynamics with designed genetically encoded sensors.</a> Science. 360 (6396), (2018).</li><li>Feng, J., 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+Genetically+Encoded+Fluorescent+Sensor+for+Rapid+and+Specific+In+Detection+of+Norepinephrine.">A Genetically Encoded Fluorescent Sensor for Rapid and Specific In Detection of Norepinephrine.</a> Neuron. 102 (4), 745-761 (2019).</li><li>Akerboom, J., 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=Genetically+encoded+calcium+indicators+for+multi-color+neural+activity+imaging+and+combination+with+optogenetics.">Genetically encoded calcium indicators for multi-color neural activity imaging and combination with optogenetics.</a> Frontiers in Molecular Neuroscience. 6, 1-29 (2013).</li><li>Dana, H., 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=Sensitive+red+protein+calcium+indicators+for+imaging+neural+activity.">Sensitive red protein calcium indicators for imaging neural activity.</a> eLife. 5, (2016).</li><li>Wang, H., Jing, M., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lighting+up+the+brain:+genetically+encoded+fluorescent+sensors+for+imaging+neurotransmitters+and+neuromodulators.">Lighting up the brain: genetically encoded fluorescent sensors for imaging neurotransmitters and neuromodulators.</a> Current Opinion in Neurobiology. 50, 171-178 (2018).</li><li>Lu, L., 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=Wireless+optoelectronic+photometers+for+monitoring+neuronal+dynamics+in+the+deep+brain.">Wireless optoelectronic photometers for monitoring neuronal dynamics in the deep brain.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (7), 1374-1383 (2018).</li><li>Jennings, J. H., 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=Visualizing+Hypothalamic+Network+Dynamics+for+Appetitive+and+Consummatory+Behaviors.">Visualizing Hypothalamic Network Dynamics for Appetitive and Consummatory Behaviors.</a> Cell. 160 (3), 516-527 (2014).</li></ol>

Fiber photometrie is een toegankelijke aanpak waarmee onderzoekers bulk-calcium dynamiek van gedefinieerde neuronale populaties in vrij bewegende dieren opnemen. Deze methode kan worden gecombineerd met een breed scala aan gedrags tests, waaronder ' zware bewegingstaken ' zoals geforceerde zwem tests2, angst-conditionering18, sociale interacties1,4en andere7, 8</s...

De mogelijkheid om te correleren van neurale reacties met specifieke aspecten van het gedrag van een dier is essentieel om te begrijpen van de rol die een bepaalde groep van neuronen speelt bij het regisseren of reageren op een actie of stimulus. Gezien de complexiteit van dierlijk gedrag, met de talloze interne toestanden en externe stimuli die zelfs de eenvoudigste acties kunnen beïnvloeden, kan het opnemen van een signaal met een enkele proef resolutie onderzoekers voorzien van de nodige instrumenten om deze te overwinnen Beperkingen.
Fiber photometrie is uitgegroeid tot de techniek van de keuze voor veel onderzoekers op het gebied van systemen neurowetenschappen vanwege de relatieve eenvoud in vergelijking met andere in vivo opnametechnieken, de hoge signaal-ruis verhouding, en de mogelijkheid om op te nemen in een verscheidenheid van gedrags paradigma's1,2,3,4,5,6,7,8. In tegenstelling tot traditionele elektrofysiologische methoden, is photometrie de optische benadering die het vaakst wordt gebruikt in combinatie met genetisch gecodeerde calcium indicatoren (GECIs, de GCaMP-serie)9. GECIs veranderen hun vermogen om te fluoresceren op basis van of ze zijn gebonden aan calcium. Omdat de interne concentratie van calcium in neuronen zeer strak gereguleerd en voltage-gated calcium kanalen open wanneer een neuron een actiepotentiaal vuurt, voorbijgaande verhogingen van de interne calciumconcentratie, die resulteren in voorbijgaande verhogingen in de vermogen van een GECI tot fluorescentie, kan een goede proxy voor neuronale afvuren9.
Met Fiber photometrie, excitatie licht is gericht naar beneden een dunne, multimode glasvezel in de hersenen, en een emissie signaal wordt verzameld terug via dezelfde vezels. Omdat deze optische vezels lichtgewicht en buigzaam zijn, kan een dier grotendeels ongehinderd bewegen, waardoor deze techniek compatibel is met een breed scala aan gedrags tests en-voorwaarden. Sommige voorwaarden, zoals snelle bewegingen of buigen van het Fiber-Optic patch snoer buiten de straal waarop het totale inwendige reflectie kan behouden, kunnen signaal artefacten introduceren. Om een signaal van lawaai te maken, kunnen we een eigendom van GCaMP exploiteren dat bekend staat als het "isosbestic Point". In het kort, met GCaMP, naarmate de golflengte van het excitatie lampje naar links verschuift, neemt de uitstoot in de calcium-gebonden toestand af en neemt de emissie in de calcium-afhankelijke toestand marginaal toe. Het punt waarop de relatieve intensiteit van deze twee emissies gelijk is, wordt het isosbestic-punt genoemd. Wanneer GCaMP op dit punt opgewonden is, wordt de emissie niet beïnvloed door veranderingen in interne calciumconcentraties en is de variantie in het signaal meestal te wijten aan verzwakking van het signaal van overbuiging van het Fiber-Optic patch snoer of de beweging van het zenuwweefsel ten opzichte van de geïmplanteerde vezels.
Elektrofysiologie van één eenheid is nog steeds de gouden standaard voor vrij bewegende in vivo opnames vanwege zijn eencellige en single-Spike niveau resolutie. Het kan echter moeilijk zijn om de moleculaire identiteit van de cellen die worden opgenomen te lokaliseren, en de post-hoc analyse kan behoorlijk moeizaam zijn. Hoewel Fiber photometrie geen eencellige resolutie heeft, staat het onderzoekers toe om vragen te stellen die onmogelijk zijn om te adresteren met traditionele technieken. Het combineren van virale strategieën met transgene dieren, de uitdrukking van GECIs kan worden gericht aan genetisch gedefinieerde neuronale typen te registreren populatie-of projectie gedefinieerde neurale activiteit, die kan worden uitgevoerd door het monitoren van calcium signaal direct bij axon terminals10,11. Bovendien, door het implanteren van meerdere Fiber-Optic cannulas, het is mogelijk om tegelijkertijd te bewaken neurale activiteit uit verschillende hersengebieden en trajecten in hetzelfde dier12,13.
In dit manuscript beschrijven we een techniek voor single en multi-Fiber fotometrie, hoe te corrigeren voor calcium-onafhankelijke artefacten, en gedetailleerd hoe om mono-en Dual-Color opnames uit te voeren. We geven ook voorbeelden van de soorten vragen die het mogelijk maakt om te vragen en hun toenemende complexiteit (Zie Figuur 1). De fiber fotometrie Setup voor multi-Fiber opnames gedetailleerd in dit protocol kan worden gebouwd met behulp van een lijst van materialen gevonden op https://sites.Google.com/View/multifp/hardware (Figuur 2).
Het is essentieel dat het systeem wordt uitgerust voor zowel 410 nm als 470 nm excitatie golflengten voor calcium-onafhankelijke en calcium afhankelijke fluorescentie emissie van GCaMP6 of de varianten daarvan. Voor op maat gebouwde opstellingen of als er geen software beschikbaar is om het systeem uit te voeren, kan het vrije, open source programma Bonsai (http://www.open-ephys.org/bonsai/) worden gebruikt. Als alternatief kan Fiber photometrie worden uitgevoerd via MATLAB (bijv. https://github.com/deisseroth-lab/multifiber)12 of andere programmeertaal14. De software en hardware van het systeem moet het mogelijk maken manipulatie van zowel de 410 nm en 470 nm LEDs en de camera, extractie van beelden (Figuur 2), en berekening van de gemiddelde fluorescentie intensiteit in de regio's van belang (Rois) getekend rond de vezels op de afbeeldingen. De uitvoer moet een tabel zijn met gemiddelde intensiteitswaarden die zijn vastgelegd met de 470 nm-en 410 nm-Led's van elke vezel in het patch snoer. Bij het uitvoeren van multi-Fiber experimenten, 400 μm gebundelde vezels kunnen het verkeer van muizen te beperken. In dergelijke gevallen raden we aan om 200 μm patch koorden te gebruiken, wat meer flexibiliteit biedt. Het kan ook mogelijk zijn om kleinere dummy kabels te gebruiken tijdens het trainen van muizen.
Het is van cruciaal belang om tijdpunten voor gebeurtenissen van belang te kunnen extraheren tijdens de overname van Fiber photometritry. Als het systeem niet direct voorziet in een ingebouwd systeem voor het integreren van Ttl's voor specifieke gebeurtenissen, is het een alternatieve strategie om een tijdstempel toe te wijzen aan afzonderlijke tijdpunten die zijn vastgelegd om af te stemmen op specifieke tijden en gebeurtenissen tijdens het experiment. Tijdstempel kan worden gedaan met behulp van de computerklok.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1/4&#34;-20 Stainless Steel Cap Screw, 1&#34; Long</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SH25S100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34;-20 Stainless Steel Cap Screw, 1/2&#34; Long</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SH25S050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34;-20 Stainless Steel Cap Screw, 3/8&#34; Long</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SH25S038</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1000 &#181;m, 0.50 NA, SMA-SMA Fiber Patch Cable</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>M59L01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12.7 mm Optical Post</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR30/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12.7 mm Pedestal Post Holder</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PH20EM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 V, 2.4 A Power Supply Unit with 3.5 mm Jack Connector for T-Cube</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>KPS101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20x objective</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>RMS20X</td>
			<td>#10 in Figure 2, #11 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 mm Cage Cube with Dichroic Filter Mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CM1-DCH/M</td>
			<td>#8-9 in Figure 2, #8-10 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>405 nm LED</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td>CLED_405</td>
			<td>#2 in Figure 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>410 nm bandpass filter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FB410-10</td>
			<td>#5 in Figure 2; #7 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>465 nm. LED</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td>CLED_465</td>
			<td>#1 in Figure 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>470 nm bandpass filter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FB470-10</td>
			<td>#4 in Figure 2; #6 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>560 nm bandpass filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-560/14-25</td>
			<td>#5 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>560 nm LED</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td>CLED_560</td>
			<td>#1 in Figure 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-axis kinematic Mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>K5X1</td>
			<td>#11 in Figure 2, #12 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Achromatic Doublet</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AC254-035-A-ML</td>
			<td>#7 in Figure 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adaptor for 405 collimator</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AD11F</td>
			<td>#3 in Figure 2; #4 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adaptor for ajustable collimator</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AD127-F</td>
			<td>#3 in Figure 2; #4 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum Breadboard</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MB1824</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamping Fork</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CF125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cube connector</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CM1-CC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual 493/574 dichroic</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF493/574-Di01-25x36</td>
			<td>#10 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emission filter for GCaMP6</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-535/22-25</td>
			<td>#6 in Figure 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enclosure with Black Hardboard Panels</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>XE25C9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Externally SM1-Threaded End Cap for Machining</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1CP2M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fast-change SM1 Lens Tube Filter Holder</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1QP</td>
			<td>#4-6 in Figure 2, #5-7 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fixed Collimator for 405 nm light</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>F671SMA-405</td>
			<td>#3 in Figure 2; #4 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fixed collimator for 470 and 560 nm light</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>F240SMA-532</td>
			<td>#3 in Figure 2; #4 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Green emission filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-520/35-25</td>
			<td>In light beam splitter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Resolution USB 3.0 CMOS Camera</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DCC3260M</td>
			<td>#13 in Figure 2, #15 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light beam splitter</td>
			<td>Neurophotometrics</td>
			<td>SPLIT</td>
			<td>#14 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Longpass Dichroic Mirror, 425 nm Cutoff</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DMLP425R</td>
			<td>#8 in Figure 2, #9 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Longpass Dichroic Mirror, 495 nm Cutoff</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF495-Di03</td>
			<td>#9 in Figure 2, #8 in Figure 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metabond dental cement</td>
			<td>C&#38;B</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M8 - M8 cable</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td>Cable_M8-M8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optic fiber cannulas</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td></td>
			<td>Need to specify that these will be used to photometry experiments requiring low autofluorescence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optic fiber Patchcords</td>
			<td>Doric Lenses</td>
			<td></td>
			<td>Need to specify that these will be used to photometry experiments requiring low autofluorescence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red emission filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-600/37-25</td>
			<td>In light beam splitter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T7 LabJack</td>
			<td>LabJack</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-cube LED Driver</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LEDD1B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB 3.0 I/O Cable, Hirose 25, for DCC3240</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CAB-DCU-T3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multi-fiber photometry to record neural activity in freely-moving animals

Het vastleggen van de activiteit van een groep neuronen in een vrij bewegend dier is een uitdagende onderneming. Bovendien, als de hersenen wordt ontleed in kleinere en kleinere functionele subgroepen, het wordt essentieel om op te nemen van projecties en/of genetisch gedefinieerde subpopulaties van neuronen. Fiber photometrie is een toegankelijke en krachtige aanpak die deze uitdagingen kan overwinnen. Door het combineren van optische en genetische methodologieën, neurale activiteit kan worden gemeten in diepe hersenstructuren door het uitdrukken van genetisch gecodeerde calcium indicatoren, die neurale activiteit vertalen in een optisch signaal dat gemakkelijk kan worden gemeten. Het huidige protocol Details van de onderdelen van een multi-Fiber photometrie systeem, hoe toegang tot diepe hersenstructuren te leveren en verzamelen van licht, een methode om rekening te maken voor bewegings artefacten, en hoe te verwerken en analyseren van fluorescerende signalen. Het protocol Details experimentele overwegingen bij het uitvoeren van single en Dual Color Imaging, van één of meerdere geïmplanteerde optische vezels.

Neurale correlaten van gedrags responsen kunnen variëren afhankelijk van verschillende factoren. In dit voorbeeld gebruikten we in vivo glasvezel fotometrie om de activiteit van Axon-terminals te meten van het laterale hypothalamische gebied (LHA) dat eindigt in de laterale habenula (LHb). Wild type muizen werden geïnjecteerd met een adeno-geassocieerde virus (AAV) encoding GCaMP6s (AAV-hSyn-GCaMP6s) in de LHA en een glasvezel werd geïmplanteerd met de punt direct boven de LHb (Figuur 4<s...

Watch this Scientific Journal Video about Multi-Fiber Photometry to Record Neural Activity in Freely-Moving Animals at JoVE.com

Multi-Fiber Photometry to Record Neural Activity in Freely-Moving Animals

Dit protocol Details over het implementeren en uitvoeren van multi-Fiber fotometrie opnames, hoe te corrigeren voor calcium-onafhankelijke artefacten, en belangrijke overwegingen voor Dual-Color photometrie beeldvorming.

Multi-Fiber fotometrie om neurale activiteit op te nemen in vrij bewegende dieren

Recording the activity of a group of neurons in a freely-moving animal is a challenging undertaking. Moreover, as the brain is dissected into smaller and ...

Fiber fotometrie CSOM imaging combineert genetisch gecodeerde aangepaste indicator en optische vezels om neurale activiteit in vrij bewegende dieren te controleren. Dat is van cruciaal belang om te begrijpen hoe een specifieke groep neuronen spelen in het regisseren of reageren op een actie of een stimulus. Deze techniek is een toegankelijke manier om op te nemen van specifieke hersengebieden die worden gedefinieerd door hun verbinding of genetische profielen, met de ingebouwde controle om signaal te scheiden naar ruis.Demonstreren van de processor zal zijn, Ekaterina Martianova, een afgestudeerde student in mijn lab. Begin met het losmaken van alle schroeven op de vijfassige vertaler. Schroef het pleisterkoord in op de adapter die op de vijfassige vertaler is aangebracht.Zet vervolgens het excitatielampje van 470 nanometer aan bij een laag vermogen en plaats de punt van de vezel die wijst op een automatische tl-plastic schuif. Volgende record van de gratis metaaloxide halfgeleider of CMOS camera in live-modus. Verhoog de versterking of pas de opzoektabel aan totdat de afbeelding zichtbaar is op het brandpunt van de doelstelling.Verplaats de vijfassige vertaler naar het doel om ervoor te zorgen dat het 470 nanometerlicht gecentreerd is op de vezel aan het SMA- of FC-uiteinde van het patchsnoer, totdat een afbeelding op de camera kan worden opgelost. Tot slot, pas de X en Y assen totdat de afbeelding is gecentreerd en goed opgelost. Visualiseer het licht dat wordt uitgezonden door het variole-uiteinde van het patchkoord, omdat het moet worden weergegeven als een isotropische cirkel.Begin met het inschakelen van alle excitatielichten om de vezels beter te visualiseren. En pas de camera winsten zodanig dat er geen pixels verzadigd zijn, en een duidelijk beeld van de vezels aanwezig zijn. Neem dan een voorlopige afbeelding.Trek regio's van belang of ROIS rond de vezels. En bewaar ze voor het meten van de gemiddelde intensiteitswaarden tijdens opnames. Voor meerdere vezelopnames, test voor onafhankelijken door live-opname van alle vezels.Punt een vezel in de richting van een lichtbron, en tik met een vinger. Observeer schommelingen in het kanaal. Breng vervolgens gekleurde tape aan op het einde van de vezels om te labelen welke ROI overeenkomt met welke vezel.Tot slot, het opzetten van de opname gebied door opknoping de patch koord boven de arena met behulp van stands, klemmen en houders. Tot slot, zorg ervoor dat het dier niet zal worden beperkt in beweging door de lengte van de vezel en kan vrij bewegen in de hele arena. Begin met het inspecteren van de distale einde van de vezels van de patch koord door het oog, en met een mini-vezel microscoop.Als het oppervlak van de vezels is bekrast, opnieuw polijsten van de vezels met behulp van vezel polijsten film met fijn gruis. Reinig vervolgens de distale uiteinden van het patchkoord met 70% ethanol en een katoenen tip applicator. Reinig de glasvezel canules met behulp van 70%ethanol en een wattenpunt applicator.Sluit het variole uiteinde van het pleisterkoord aan op de geïmplanteerde vezel met behulp van een keramische split sleeve bedekt met een zwarte krimpbuis. Zorg er tijdens de aansluiting voor dat de mouw strak zit. Laat het dier een paar minuten herstellen.Begin vervolgens met het opnemen van het optische signaal en voer het experiment uit. Houd tijdens het opnemen het live-spoor nauwlettend in de gaten om kwaliteitsopnames te garanderen. En kijk voor eventuele sprongen in signaal, wat aangeeft dat de mouw is niet strak genoeg.Voor de dubbele kleuropnames, voeg een 516 nanometer LED toe aan het fotometriesysteem om de rode tl-calciumsensor op te wekken, en passende dichroic spiegels en filters. Voeg vervolgens een beeldsplinter toe tussen het doel en de CMOS-camera om de groene en rode emissiegolflengtes te scheiden. Tot slot, trek ROIS rond alle vezels in beide kleuren, rood en groen.Zorg ervoor dat u elke ROI duidelijk identificeert met de bijbehorende vezel en kanaal. Activeer gelijktijdige excitatie met 470 nanometer en 560 nanometer LED's en wissel ze af met een LED van 410 nanometer. De resultaten geven aan, de gemeten fluorescentie aanzienlijk toegenomen gelijktijdig met de toediening van luchtpufjes voor muizen met activering van de LHA-LHB-route.Echter, bij muizen die groene fluorescerende eiwitten of GFP uitdrukken, werd er geen verandering in het signaal gedetecteerd tijdens de toediening van luchtpufjes. Deze techniek stelt onderzoekers in staat om redelijk te registreren van specifieke type cellen in verschillende hersengebieden. Terwijl een dier zich vrij gedraagt.Dit verert de mogelijkheid om de functies van deze hersengebieden te ontleden als ze betrekking hebben op gedrag.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High-density EEG Recordings of the Freely Moving Mice using Polyimide-based Microelectrode

High-density EEG-registraties van de vrij bewegende muizen met behulp van Polyimide op basis van micro-elektrode

Electroencephalogram (EEG) indicates the averaged electrical activity of the neuronal populations on a large-scale level. It is widely utilized as a ...

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

Ontwerp en Montage van een Ultra-light Gemotoriseerde Microdrive voor Chronische Neurale Opnamen in Kleine Dieren

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of ...

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

Multi-unit Opname Methoden om neurale activiteit karakteriseren in de Locust (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Olfactorische Circuits

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

Recording Single Neurons' Action Potentials from Freely Moving Pigeons Across Three Stages of Learning

Opnemen Single Neuronen &#39;actiepotentialen van vrij bewegende Duiven over drie stadia van het leerproces

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed ...

Neural Activity Propagation in an Unfolded Hippocampal Preparation with a Penetrating Micro-electrode Array

Neurale activiteit Voortplanting in een Uitgeklapt hippocampus Voorbereiding met een doordringende micro elektrode-array

This protocol describes a method for preparing a new in vitro flat hippocampus preparation combined with a micro-machined array to map neural activity in ...

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees (Bombus terrestris)

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees Bombus terrestris

A Novel Behavioral Assay om Smaak reacties van individuele, vrij bewegende Bumble Bees Onderzoek (<em&gt; Bombus terrestris</em&gt;)

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from ...

Recording EEG in Freely Moving Neonatal Rats Using a Novel Method

EEG opnemen bij vrij bewegende neonatale ratten met behulp van een nieuwe methode

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 ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Gelijktijdige opnamen van corticale lokale veld Potentials, elektrocardiogram Electromyogram en ademhaling ritme van een vrij bewegende Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Noninvasive EEG Recordings from Freely Moving Piglets

Noninvasive EEG opnamen vrij bewegen biggen

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel ...

Microdialysis of Excitatory Amino Acids During EEG Recordings in Freely Moving Rats

Microdialysis van Excitatory aminozuren tijdens EEG opnames in vrij bewegende ratten

Microdialysis is a well-established neuroscience technique that correlates the changes of neurologically active substances diffusing into the brain ...