Name: in vivo wireless optogenetic control of skilled motor behavior
Uploaded: 2021-11-22T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af UNAM-PAPIIT-projektet IA203520. Vi takker IFC's dyreanlæg for deres hjælp med vedligeholdelse af musekolonier og beregningsenheden til IT-support, især til Francisco Perez-Eugenio.

Procedurerne vedrørende anvendelse af dyr blev udført efter lokale og nationale retningslinjer og godkendt af den tilsvarende Institutional Animal Care and Use Committee (Institute of Cellular Physiology IACUC protocol VLH151-19). Drd1-Cre transgene hanmus27, 35-40 dage efter fosteret med C57BL/6 baggrund blev anvendt i den nuværende protokol. Mus blev holdt under følgende betingelser: temperatur 22±1 °C; fugtighed 55%; lysplan 12/12 timer med slukket lys kl. 19.00 og blev fravænnet på pos...

<ol>
	<li>Balbinot, G., 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=Post-stroke+kinematic+analysis+in+rats+reveals+similar+reaching+abnormalities+as+humans.">Post-stroke kinematic analysis in rats reveals similar reaching abnormalities as humans.</a> Scientific Report. 8 (1), 8738 (2018).</li><li>Klein, A., Sacrey, L. A., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+rodent+skilled+reaching+as+a+translational+model+for+investigating+brain+damage+and+disease.">The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 36 (3), 1030-1042 (2012).</li><li>MacLellan, C. L., Gyawali, S., Colbourne, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skilled+reaching+impairments+follow+intrastriatal+hemorrhagic+stroke+in+rats.">Skilled reaching impairments follow intrastriatal hemorrhagic stroke in rats.</a> Behavioural Brain Research. 175 (1), 82-89 (2006).</li><li>Evenden, J. L., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+unilateral+6-hydroxydopamine+lesions+of+the+caudate-putamen+on+skilled+forepaw+use+in+the+rat.">Effects of unilateral 6-hydroxydopamine lesions of the caudate-putamen on skilled forepaw use in the rat.</a> Behavioural Brain Research. 14 (1), 61-68 (1984).</li><li>Rodgers, R. A., Travers, B. G., Mason, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bimanual+reach+to+grasp+movements+in+youth+with+and+without+autism+spectrum+disorder.">Bimanual reach to grasp movements in youth with and without autism spectrum disorder.</a> Frontiers in Psychology. 9, 2720 (2019).</li><li>Sacrey, L. A. -. O., Zwaigenbaum, L., Bryson, S., Brian, J., Smith, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+reach-to-grasp+movement+in+infants+later+diagnosed+with+autism+spectrum+disorder:+a+high-risk+sibling+cohort+study.">The reach-to-grasp movement in infants later diagnosed with autism spectrum disorder: a high-risk sibling cohort study.</a> Journal of Neurodevelopmental Disorders. 10 (1), 41 (2018).</li><li>Azim, E., Jiang, J., Alstermark, B., 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=Skilled+reaching+relies+on+a+V2a+propriospinal+internal+copy+circuit.">Skilled reaching relies on a V2a propriospinal internal copy circuit.</a> Nature. 508 (7496), 357-363 (2014).</li><li>Marques, J. M., Olsson, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+juvenile+mice+in+a+reach-to-grasp+task.">Performance of juvenile mice in a reach-to-grasp task.</a> Journal of Neuroscience Methods. 193 (1), 82-85 (2010).</li><li>Miklyaeva, E. I., Castaneda, E., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skilled+reaching+deficits+in+unilateral+dopamine-depleted+rats:+Impairments+in+movement+and+posture+and+compensatory+adjustments.">Skilled reaching deficits in unilateral dopamine-depleted rats: Impairments in movement and posture and compensatory adjustments.</a> The Journal of Neuroscience. 14 (11), 7148-7158 (1994).</li><li>Vaidya, M., Kording, K., Saleh, M., Takahashi, K., Hatsopoulos, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+coordination+during+reach-to-grasp.">Neural coordination during reach-to-grasp.</a> Journal of Neurophysiology. 114 (3), 1827-1836 (2015).</li><li>Wang, X., 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=Deconstruction+of+corticospinal+circuits+for+goal-directed+motor+skills.">Deconstruction of corticospinal circuits for goal-directed motor skills.</a> Cell. 171 (2), 440-455 (2017).</li><li>Xu, 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=Rapid+formation+and+selective+stabilization+of+synapses+for+enduring+motor+memories.">Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories.</a> Nature. 462 (7275), 915-919 (2009).</li><li>Ian, Q. W., Sergio, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat:+A+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component.">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: A proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behavioural Brain Research. 41 (1), 49-59 (1990).</li><li>Proske, U., Gandevia, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+proprioceptive+senses:+their+roles+in+signaling+body+shape,+body+position+and+movement,+and+muscle+force.">The proprioceptive senses: their roles in signaling body shape, body position and movement, and muscle force.</a> Physiological Reviews. 92 (4), 1651-1697 (2012).</li><li>Yttri, E. A., Dudman, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opponent+and+bidirectional+control+of+movement+velocity+in+the+basal+ganglia.">Opponent and bidirectional control of movement velocity in the basal ganglia.</a> Nature. 533 (7603), 402-406 (2016).</li><li>Donchin, O., Gribova, A., Steinberg, O., Bergman, H., Vaadia, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+motor+cortex+is+involved+in+bimanual+coordination.">Primary motor cortex is involved in bimanual coordination.</a> Nature. 395 (6699), 274-278 (1998).</li><li>Brus-Ramer, M., Carmel, J. B., Martin, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+cortex+bilateral+motor+representation+depends+on+subcortical+and+interhemispheric+interactions.">Motor cortex bilateral motor representation depends on subcortical and interhemispheric interactions.</a> The Journal of Neuroscience. 29 (19), 6196-6206 (2009).</li><li>d'Avella, A., Saltiel, P., Bizzi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combinations+of+muscle+synergies+in+the+construction+of+a+natural+motor+behavior.">Combinations of muscle synergies in the construction of a natural motor behavior.</a> Nature Neuroscience. 6 (3), 300-308 (2003).</li><li>Fattori, P., 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=Hand+orientation+during+reach-to-grasp+movements+modulates+neuronal+activity+in+the+medial+posterior+parietal+area+V6A.">Hand orientation during reach-to-grasp movements modulates neuronal activity in the medial posterior parietal area V6A.</a> The Journal of Neuroscience. 29 (6), 1928-1936 (2009).</li><li>vanden Berg, F. E., Swinnen, S. P., Wenderoth, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitability+of+the+motor+cortex+ipsilateral+to+the+moving+body+side+depends+on+spatio-temporal+task+complexity+and+hemispheric+specialization.">Excitability of the motor cortex ipsilateral to the moving body side depends on spatio-temporal task complexity and hemispheric specialization.</a> PLoS One. 6 (3), 17742 (2011).</li><li>vanden Berg, F. E., Swinnen, S. P., Wenderoth, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Involvement+of+the+primary+motor+cortex+in+controlling+movements+executed+with+the+ipsilateral+hand+differs+between+left-+and+right-handers.">Involvement of the primary motor cortex in controlling movements executed with the ipsilateral hand differs between left- and right-handers.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 23 (11), 3456-3469 (2011).</li><li>Verstynen, T., Diedrichsen, J., Albert, N., Aparicio, P., Ivry, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ipsilateral+motor+cortex+activity+during+unimanual+hand+movements+relates+to+task+complexity.">Ipsilateral motor cortex activity during unimanual hand movements relates to task complexity.</a> Journal of Neurophysiology. 93 (3), 1209-1222 (2005).</li><li>Lopez-Huerta, V. G., 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=Striatal+bilateral+control+of+skilled+forelimb+movement.">Striatal bilateral control of skilled forelimb movement.</a> Cell Reports. 34 (3), 108651 (2021).</li><li>Lopez-Huerta, V. G., 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=The+neostriatum:+two+entities,+one+structure.">The neostriatum: two entities, one structure.</a> Brain Structure and Function. 221 (3), 1737-1749 (2016).</li><li>Becker, M. I., Calame, D. J., Wrobel, J., Person, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Online+control+of+reach+accuracy+in+mice.">Online control of reach accuracy in mice.</a> Journal of Neurophysiology. 124 (6), 1637-1655 (2020).</li><li>Jaidar, O., 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=Synchronized+activation+of+striatal+direct+and+indirect+pathways+underlies+the+behavior+in+unilateral+dopamine-depleted+mice.">Synchronized activation of striatal direct and indirect pathways underlies the behavior in unilateral dopamine-depleted mice.</a> European Journal of Neuroscience. 49 (11), 1512-1528 (2019).</li><li>Gong, 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=Targeting+Cre+recombinase+to+specific+neuron+populations+with+bacterial+artificial+chromosome+constructs.">Targeting Cre recombinase to specific neuron populations with bacterial artificial chromosome constructs.</a> The Journal of Neuroscience. 27 (37), 9817-9823 (2007).</li><li>Rowland, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Food+or+fluid+restriction+in+common+laboratory+animals:+balancing+welfare+considerations+with+scientific+inquiry.">Food or fluid restriction in common laboratory animals: balancing welfare considerations with scientific inquiry.</a> Comparative Medicine. 57 (2), 149-160 (2007).</li><li>Ullman-Culler&#233;, M. H., Foltz, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Body+condition+scoring:+a+rapid+and+accurate+method+for+assessing+health+status+in+mice.">Body condition scoring: a rapid and accurate method for assessing health status in mice.</a> Laboratory Animal Science. 49 (3), 319-323 (1999).</li><li>Chen, C. C., Gilmore, A., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+motor+skill+learning+by+single-pellet+reaching+tasks+in+mice.">Study motor skill learning by single-pellet reaching tasks in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (85), e51238 (2014).</li><li>Fink, 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=Presynaptic+inhibition+of+spinal+sensory+feedback+ensures+smooth+movement.">Presynaptic inhibition of spinal sensory feedback ensures smooth movement.</a> Nature. 509 (7498), 43-48 (2014).</li><li>Li, Q., 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=Refinement+of+learned+skilled+movement+representation+in+motor+cortex+deep+output+layer.">Refinement of learned skilled movement representation in motor cortex deep output layer.</a> Nature Communication. 8, 15834 (2017).</li><li>Overduin, S. A., d'Avella, A., Carmena, J. M., Bizzi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstimulation+activates+a+handful+of+muscle+synergies.">Microstimulation activates a handful of muscle synergies.</a> Neuron. 76 (6), 1071-1077 (2012).</li><li>Miyazaki, 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=Large+Timescale+interrogation+of+neuronal+function+by+fiberless+optogenetics+using+lanthanide+micro-particles.">Large Timescale interrogation of neuronal function by fiberless optogenetics using lanthanide micro-particles.</a> Cell Reports. 26 (4), 1033-1043 (2019).</li><li>Yang, 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=Wireless+multilateral+devices+for+optogenetic+studies+of+individual+and+social+behaviors.">Wireless multilateral devices for optogenetic studies of individual and social behaviors.</a> Nature Neuroscience. 24 (7), 1035-1045 (2021).</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=Fiberless+multicolor+neural+optoelectrode+for+in+vivo+circuit+analysis.">Fiberless multicolor neural optoelectrode for in vivo circuit analysis.</a> Scientific Reports. 6, 30961 (2016).</li><li>Allen, B. D., Singer, A. C., Boyden, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+designing+interpretable+optogenetic+behavior+experiments.">Principles of designing interpretable optogenetic behavior experiments.</a> Learning &amp; Memory. 22 (4), 232-238 (2015).</li><li>Packer, 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=.">.</a> Nature Methods. 9, 1202-1205 (2012).</li></ol>

Brugen af optogenetisk manipulation af neuronale populationer i veldefinerede adfærdsmæssige paradigmer fremmer vores viden om de mekanismer, der ligger til grund for motorisk kontrol 7,23. Trådløse metoder er særligt velegnede til opgaver, der kræver forsøg på flere dyr eller fri bevægelighed34,35. Ikke desto mindre, da teknikker og enheder raffineres, bør det være go-to-muligheden for enhver ...

Motorisk dygtig adfærd er til stede under de fleste bevægelser udført af os, og det vides at være påvirket i flere hjernesygdomme 1,2,3,4,5,6. Implementering af opgaver, der gør det muligt at studere udviklingen, læringen og udførelsen af dygtige bevægelser, er afgørende for at forstå motorfunktionens neurobiologiske grundlag, især i modeller af hjerneskade, neurodegenerative og neuroudviklingsforstyrrelser 2,7,8,9,10,11,12,13 . At række ud efter og hente genstande sker rutinemæssigt i hverdagens handlinger, og det er en af de første motoriske færdigheder, der er erhvervet under tidlig udvikling og derefter raffineret gennem årene 5,6. Det omfatter en kompleks adfærd, der kræver sensorisk-motoriske processer såsom opfattelsen af objektets funktioner, bevægelsesplanlægning, handlingsvalg, bevægelsesudførelse, kropskoordinering og hastighedsmodulering 7,14,15,16. Således kræver unimanuelle opgaver med høj fingerfærdighed deltagelse af mange hjernestrukturer på begge halvkugler 16,17,18,19,20,21,22. Hos mus er den enkelte pellet reach-to-grasp-opgave karakteriseret i flere faser, der kan styres og analyseres separat 7,13,23. Denne funktion gør det muligt at studere bidraget fra specifikke neuronale subpopulationer på forskellige stadier af erhvervelse og adfærd ydeevne og giver en platform for detaljerede undersøgelser af motorsystemer 13,23,24. Bevægelsen sker om et par sekunder; højhastighedsvideografisk bør således anvendes til kinematisk analyse i forskellige faser af den faglærte motorbane 7,25. Flere parametre kan udtrækkes fra videoerne, herunder kropsholdning, bane, hastighed og type fejl25. Kinematisk analyse kan bruges til at detektere subtile ændringer under trådløs optogenetisk manipulation 7,23.
Brug af miniaturiserede lysdioder (LED'er) til at levere lys via et trådløst hovedmonteret system gør det muligt at have fjernoptogenetisk kontrol, mens dyret udfører opgaven. Den trådløse optogenetiske controller accepterer enkeltpuls- eller kontinuerlige udløserkommandoer fra en stimulator og sender infrarøde (IR) signaler til en modtager, der er tilsluttet den miniaturiserede LED23,26. Den nuværende protokol kombinerer denne trådløse optogenetik-tilgang med højhastighedsvideoografi af en fingerfærdighedsopgave for at dissekere specifikke neuronale populationers rolle under udførelsen af finmotorisk adfærd23. Da det er en unimanuel opgave, giver det mulighed for at vurdere deltagelsen af strukturer i begge halvkugler. Traditionelt styrer hjernen kroppens bevægelse på en meget asymmetrisk måde; Opgaver med høj fingerfærdighed kræver imidlertid omhyggelig koordinering og kontrol fra mange hjernestrukturer, herunder ipsilaterale kerner og differentielt bidrag fra neuronale subpopulationer inden for kerner 10,20,21,22,23. Denne protokol viser, at subkortikale strukturer fra begge halvkugler styrer forbenets bane23. Dette paradigme kan være egnet til at studere andre hjerneområder og modeller af hjernesygdom.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Anaesthesia machine</td>
			<td>RWD</td>
			<td>R583S</td>
			<td>Isoflurane vaporizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesket</td>
			<td>PiSA</td>
			<td></td>
			<td>Ketamine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Breadboard</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MB3090/M</td>
			<td>Solid aluminum optical breadboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera lense</td>
			<td>Canon</td>
			<td></td>
			<td>50mmf/ 1.4 manual focus lenses (c-mount)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera system</td>
			<td>BrainVision</td>
			<td>MiCAM02</td>
			<td>Camera controller and synchronizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton swabs</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CS solution</td>
			<td>PiSA</td>
			<td></td>
			<td>Sodium chloride solution 9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Customized training chamber</td>
			<td>In house</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill bit #105</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>2 615 010 5AE</td>
			<td>Engraving cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dustless precission chocolate pellets</td>
			<td>Bio-Serv</td>
			<td>F05301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Alcohol</td>
			<td>J.T.&#160; Baker</td>
			<td>9000-02</td>
			<td>Ethanol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eyespears</td>
			<td>Ultracell</td>
			<td>40400-8</td>
			<td>Eyespears of absorbent PVA material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluriso</td>
			<td>VetOne</td>
			<td>V1 502017-250</td>
			<td>Isoflurane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass capillaries</td>
			<td>Drumond Scientific</td>
			<td>3-000-203-G/X</td>
			<td>Pipettes for NanoJect II</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hidrogen peroxide</td>
			<td>Farmacom</td>
			<td></td>
			<td>Antiseptic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed camera</td>
			<td>BrainVision</td>
			<td>MiCAM02-CMOS</td>
			<td>Monochrome high-speed cameras</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared emmiter</td>
			<td>Teleopto</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin syringe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED cannula</td>
			<td>Teleopto</td>
			<td>TelC-c-l-d</td>
			<td>LED cannula 250um 487nm light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette 10 uL</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>Z740436</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-pipette puller</td>
			<td>Sutter</td>
			<td>P-87</td>
			<td>Horizontal puller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope LSM780</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>Confocal microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtome</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mock receiver</td>
			<td>Teleopto</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoJect II</td>
			<td>Drumond Scientific</td>
			<td>3-000-204</td>
			<td>Micro injector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen tank</td>
			<td>Infra</td>
			<td>na</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pAAV-EF1a-double.floxed-hChR2(H134R)-mCherry-WPRE- HGHpA</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>20297</td>
			<td>Viral vector for ChR-2 expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P-6148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate saline buffer</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P-4417</td>
			<td>Phosphate saline buffer tablets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips 10 uL</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>AM12635</td>
			<td>0.5-10 uL&#160; volume</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pisabental</td>
			<td>PiSA</td>
			<td></td>
			<td>Sodium pentobarbital</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plexiglass</td>
			<td>commercial</td>
			<td></td>
			<td>Acrylic sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone iodine</td>
			<td>Farmacom</td>
			<td></td>
			<td>Antiseptic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Procin</td>
			<td>PiSA</td>
			<td></td>
			<td>Xylacine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puralube</td>
			<td>Perrigo pharma</td>
			<td>1228112</td>
			<td>Eye lubricant 15% mineral oil/85% petrolatum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary tool</td>
			<td>Kmoon</td>
			<td>Mini grinder</td>
			<td>Standard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic apparatus</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>51730D</td>
			<td>Digital apparatus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super-Bond C&#38;B</td>
			<td>Sun Medical</td>
			<td></td>
			<td>Dental cement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical dispossable cap</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teleopto remote controller</td>
			<td>Teleopto</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tg Drd1-Cre mouse line</td>
			<td>Gensat</td>
			<td>036916-UCD</td>
			<td>Transgene insertion FK150Gsat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue adhesive</td>
			<td>3M Vetbond</td>
			<td>1469SB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPI Vibratome 1000 plus</td>
			<td>Peico</td>
			<td></td>
			<td>Microtome</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectashield mounting media with DAPI</td>
			<td>Vector laboratories</td>
			<td>H-1200</td>
			<td>Mounting media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wireless receiver</td>
			<td>Teleopto</td>
			<td>TELER-1-P</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo wireless optogenetic control of skilled motor behavior

Finmotorik er afgørende i hverdagen og kan kompromitteres i flere nervesystemforstyrrelser. Erhvervelsen og udførelsen af disse opgaver kræver sensorisk-motorisk integration og involverer præcis styring af bilaterale hjernekredsløb. Implementering af unimanuelle adfærdsmæssige paradigmer i dyremodeller vil forbedre forståelsen af hjernestrukturernes bidrag, som striatum, til kompleks motorisk adfærd, da det tillader manipulation og registrering af neural aktivitet af specifikke kerner i kontrolforhold og sygdom under udførelsen af opgaven. 
Siden oprettelsen har optogenetik været et dominerende redskab til at forhøre hjernen ved at muliggøre selektiv og målrettet aktivering eller hæmning af neuronale populationer. Kombinationen af optogenetik med adfærdsmæssige assays kaster lys over de underliggende mekanismer for specifikke hjernefunktioner. Trådløse hovedmonterede systemer med miniaturiserede lysdioder (LED'er) muliggør fjernbetjent optogenetisk kontrol i et helt frit bevægeligt dyr. Dette undgår begrænsningerne i et kablet system, der er mindre restriktivt for dyrs adfærd uden at gå på kompromis med lysemissionseffektiviteten. Den nuværende protokol kombinerer en trådløs optogenetik tilgang med højhastigheds videografi i en unimanuel fingerfærdighedsopgave for at dissekere bidraget fra specifikke neuronale populationer til finmotorisk adfærd.

Reach-to-grasp-opgaven er et paradigme, der i vid udstrækning bruges til at studere formgivning, læring, ydeevne og kinematik af fine færdighedsbevægelser under forskellige eksperimentelle manipulationer. Mus lærer at udføre opgaven på et par dage og opnå mere end 55% nøjagtighed ved at nå et plateau efter 5 dages træning (figur 2A,B). I lighed med det, der tidligere er blevet rapporteret, udfører en procentdel af dyrene ikke opgaven korrekt (29,62 %), og disse b...

Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior at JoVE.com 

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior (Video) | JoVE 

Den nuværende protokol beskriver, hvordan man bruger trådløs optogenetik kombineret med højhastigheds videografi i en enkelt pellet reach-to-grasp opgave til at karakterisere de neurale kredsløb, der er involveret i udførelsen af dygtig motorisk adfærd i frit bevægelige mus.

In vivo Trådløs optogenetisk styring af dygtig motorisk adfærd

Fine motor skills are essential in everyday life and can be compromised in several nervous system disorders. The acquisition and performance of these ...

Den nuværende protokol bidrager til undersøgelsen af de hjernemekanismer, der ligger til grund for dygtig motorisk adfærd. Trådløs optogenetik tillader manipulation af specifikke neuroner, mens forsøgspersoner udfører en opgave i fri bevægelighed. I kombination med højhastighedsvideoografi er det muligt at få en detaljeret analyse af finmotorisk adfærd.Metoden kan hjælpe med at forstå motoriske problemer i neuroudviklingsmæssige og neurodegenerative lidelser. Disse teknikker kan også bruges til at studere hjernens funktion i andre adfærdsmæssige paradigmer. Diana Rodriguez-Munoz, en bachelorstuderende fra mit laboratorium, vil hjælpe med eksperimenter.Til de kirurgiske procedurer skal du starte med at forberede en LED-kanyle af den ønskede længde i henhold til de dorso-ventrale koordinater for strukturen af interesse. For at gøre dette skal du skære glasfiberen i en længde, der er længere end den endelige ønskede størrelse, og male fiberspidsen til mållængden med groft sandpapir. Poler derefter fiberspidsen med fint sandpapir.Ved mikroinjektioner fyldes en pipette med mineralolien og anbringes pipetten i mikroinjektoren. Sørg for, at mikroinjektoren fungerer korrekt ved at injicere noget mineralolie. Forbered derefter den anæstetiserede mus til operationen ved at anvende en oftalmisk salve og fjerne hår fra hovedbunden med en trimmer og hårfjerningscreme.Tør derefter hovedbunden af med vatpinde med 8% povidon jod og 70% ethanol skiftevis tre gange hver. Efter sanering skal du placere musen i det stereotaksiske apparat og fastgøre hovedet, så kraniet er nivelleret i de mediale laterale og forreste bageste akser. Brug en skalpel til at lave et snit på en centimeter gennem hovedbunden på niveau med øjnene langs sagittalaksen.Træk derefter huden tilbage for at udsætte kraniet og rengør periosteum med vatpinde. Rengør kranioverfladen med saltopløsning og vatpinde og løs enhver blødning på overfladen ved hjælp af sterile absorberende øjenspyd. Påfør derefter en dråbe 2,5% hydrogenperoxid med en vatpind og lad den virke i et par sekunder for at gøre kraniet suturer synlige og få en bedre reference.Efter et par sekunder skal du rengøre området grundigt med en ren vatpind. Med en glaspipette med en endelig spidsdiameter på 15 mikron skal du lokalisere bregma og lambda for at kontrollere, at kraniet er nivelleret i den forreste bageste akse. Mal derefter et referencepunkt i hovedbunden over de valgte koordinater med en markør.I referencepunktet skal du udføre en kraniotomi med en diameter på en millimeter, der anvender blidt tryk på kraniet med et roterende værktøj ved lav til medium hastighed med en lille, rund tandbor. Når det er gjort, skal du flytte kapillæren mod de valgte forreste-bageste eller AP og mediale-laterale eller ML-koordinater. Læg kapillæren med 300 til 400 nanoliter af den CreE-afhængige adeno-associerede virus eller AAV, såsom AAV1, D-flox channelrhodopsin mCherry for at udtrykke channelrhodopsin i interesseområdet.En AAV kan bruges som en kontrol til at udtrykke reporterproteinet. Efter at have sikret, at spidsen ikke er tilstoppet, skal du introducere glaspipetten i hjernen ved de dorso-ventrale minus 3,35 millimeter koordinater i det dorsale laterale striatum og injicere 200 nanoliter af virussen ved hjælp af en automatisk injektor med en hastighed på 23 nanoliter pr. Sekund. Vent i 10 minutter efter injektionen, før du trækker glaspipetten langsomt ud for at undgå spild.Rengør og tør derefter eventuelle rester med vatpinde. Fastgør derefter glas-LED-kanylen til den stereotaksiske arm og kalibrer koordinaterne ved hjælp af bregma som reference. Indsæt derefter kanylen langsomt for at undgå vævsskade og placer den 100 mikrometer over injektionsstedet.Når LED-kanylen er på plads, tilsæt en dråbe på 100 mikroliter vævsklæbemiddel i kanten af kraniotomien. Brug en steril børste til at påføre en frisklavet tandcementblanding omkring kanylestikket lidt efter lidt, og byg lag, indtil kraniet er dækket, og stikket er sikkert fastgjort til kraniet, hvilket efterlader stifterne helt frie. Når cementen tørrer helt, skal du lukke huden omkring implantatet ved hjælp af vævsklæbemiddel.Placer derefter musen i et genopretningsbur over en varmepude ved 33 grader Celsius, mens du overvåger tegn på ubehag eller smerte. Optag dyrets opførsel med et almindeligt kamera og optag 30 til 60 billeder i sekundet fra forsiden af kammeret. Et spejl kan placeres under træningskammeret i en 45 graders vinkel for at overvåge dyrets kropsholdning.Når mus begynder at nå pelleten, skal du dreje LED-kanylen manuelt med fjernbetjeningen for at få en kontinuerlig stimulering i det tidsrum, hvor adfærden udføres i højst to sekunder. Stimuleringsenheden udløser en LED på 470 nanometer med intensitet på spidsen af en milliwatt pr. Millimeter kvadrat. Dyrets finmotoriske opførsel under optogenetiske manipulationer blev undersøgt med reach-to-grasp-opgaven.Musene lærte at udføre opgaven på et par dage og opnåede mere end 55% nøjagtighed og nåede et plateau efter fem dages træning. Bevægelsesbanen blev sporet med højhastighedsvideoografi, hvilket gjorde det muligt at analysere kinematik. Den kvantificerbare vurdering af parametre som tilbagelagt afstand, hastighed, acceleration, endepunkt og bane blev udført.I de missede forsøg startede musene gribebevægelsen længere væk fra pillen end de ramte forsøg. Derudover var fejl signifikant forbundet med musens kropsholdning, vist ved forskelle i kropsvinklen under hit og ubesvarede forsøg. Den kontralaterale aktivering af D1-dopamin, der udtrykker spiny projektionsneuroner eller SPN'er, reducerede gribesuccesen sammenlignet med kontrolbetingelserne.Under en optogenetisk stimulering steg potebanen i rejseafstanden, hvilket førte til manglende evne til at målrette mod pelleten og en stigning i den oprindelige fejltype en. Principkomponentanalyse eller PCA viste, at alle forsøgsbaner under kontralateral D1 SPN-aktivering adskilt i en klynge med næsten ingen overlapning med kontrolklyngen, hvilket indikerer en lav lighed. Aktivering af DSPN'erne i den ipsilaterale side førte til en stigning i banespredning vist ved PCA-analyse.Derfor ændrede aktiveringen af ipsilaterale D1 SPN'er den nående bane uden at ændre adfærdsresultatet. Når du udfører denne protokol, skal du være forsigtig med at placere kanylen korrekt, så den ikke løsner sig under træningspas. Denne metode kan bruges i andre adfærdsmæssige paradigmer til at studere motorisk adfærd, sensorisk behandling, læring og hukommelse.Trådløs optogenetik vil gøre det muligt at studere naturalistisk adfærd og dens neurobiologiske grundlag i virkelig fritgående emner.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster

Optogenetic Stimulation of Escape Behavior in Drosophila melanogaster (Video) | JoVE 

Optogenetic Stimulering af flugt Opførsel i<em&gt; Drosophila melanogaster</em

A  growing number of genetically encoded tools are becoming available that allow non-invasive  manipulation of the neural activity of specific neurons in ...

A Method for High Fidelity Optogenetic Control of Individual Pyramidal Neurons In vivo

A Method for High Fidelity Optogenetic Control of Individual Pyramidal Neurons In vivo (Video) | JoVE 

Metode til High Fidelity optogenetic Kontrol af Individuelle pyramideneuroner<em&gt; In vivo</em

Optogenetic methods  have emerged as a powerful tool for elucidating neural circuit activity  underlying a diverse set of behaviors across a broad range ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System (Video) | JoVE 

In vivo optogenetic Stimulering af Rodent centralnervesystemet

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord (Video) | JoVE 

A Procedure til implantering en Spinal afdeling for Longitudinal<em&gt; In Vivo</em&gt; Imaging af Mouse Spinal Cord

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by ...

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices (Video) | JoVE 

Ex Vivo optogenetic Dissektion af Frygt Kredsløb i Brain Skiver

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice (Video) | JoVE 

Optogenetic medrivning af hippocampus Theta svingninger i opfører sig mus

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

Tracking Drosophila Larval Behavior in Response to Optogenetic Stimulation of Olfactory Neurons

Tracking Drosophila Larval Behavior in Response to Optogenetic Stimulation of Olfactory Neurons (Video) | JoVE 

Sporing Drosophila larve adfærd som svar på Optogenetic Stimulation af olfaktoriske neuroner

The ability of insects to navigate toward odor sources is based on the activities of their first-order olfactory receptor neurons (ORNs). While a ...

In Vivo Targeted Expression of Optogenetic Proteins Using Silk/AAV Films

In Vivo Targeted Expression of Optogenetic Proteins Using Silk/AAV Films (Video) | JoVE 

In Vivo Målrettet udtryk af Optogenetic proteiner ved hjælp af silke/AAV film

The quest to understand how neural circuits process information in order to drive behavioral output has been greatly aided by recently-developed optical ...

In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster

In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster (Video) | JoVE 

In vivo optisk calcium billeddannelse af indlærings induceret synaptisk plasticitet i Drosophila melanogaster

Decades of research in many model organisms have led to the current concept of synaptic plasticity underlying learning and memory formation. ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation (Video) | JoVE 

Måling og manipulation funktionelt specifikke neurale veje i det menneskelige motorsystem med tværkraniel magnetisk stimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...