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

Ce travail a été soutenu par le projet UNAM-PAPIIT IA203520. Nous remercions l’installation animale de l’IFC pour son aide à la maintenance des colonies de souris et l’unité de calcul pour le support informatique, en particulier à Francisco Perez-Eugenio.

Les procédures impliquant l’utilisation d’animaux ont été menées conformément aux directives locales et nationales et approuvées par le comité institutionnel correspondant pour les soins et l’utilisation des animaux (protocole VLH151-19 de l’Institut de physiologie cellulaire IACUC). Des souris mâles transgéniques Drd1-Cre27, 35-40 jours postnatales avec C57BL/6 de fond ont été utilisées dans le protocole actuel. Les souris ont été gardées dans les conditions suivantes: temp...

<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>

L’utilisation de la manipulation optogénétique des populations neuronales dans des paradigmes comportementaux bien définis fait progresser nos connaissances sur les mécanismes sous-jacents au contrôle moteur 7,23. Les méthodes sans fil sont particulièrement adaptées aux tâches qui nécessitent des tests sur plusieurs animaux ou la libre circulation34,35. Néanmoins, à mesure que les techniques...

Le comportement habileté motrice est présent lors de la plupart des mouvements effectués par nous, et il est connu pour être affecté dans plusieurs troubles cérébraux 1,2,3,4,5,6. La mise en œuvre de tâches permettant d’étudier le développement, l’apprentissage et l’exécution de mouvements qualifiés est cruciale pour comprendre les fondements neurobiologiques de la fonction motrice, en particulier dans les modèles de lésions cérébrales, de troubles neurodégénératifs et neurodéveloppementaux 2,7,8,9,10,11,12,13 . Atteindre et récupérer des objets se fait régulièrement dans les actions de la vie quotidienne, et c’est l’une des premières habiletés motrices acquises au début du développement, puis affinées au cours des années 5,6. Il comprend un comportement complexe qui nécessite des processus sensori-moteurs tels que la perception des caractéristiques de l’objet, la planification du mouvement, la sélection de l’action, l’exécution du mouvement, la coordination du corps et la modulation de la vitesse 7,14,15,16. Ainsi, les tâches de haute dextérité unimanuelle nécessitent la participation de nombreuses structures cérébrales des deux hémisphères 16,17,18,19,20,21,22. Chez la souris, la tâche d’atteinte à la saisie d’une seule pastille est caractérisée par plusieurs phases qui peuvent être contrôlées et analysées séparément 7,13,23. Cette fonctionnalité permet d’étudier la contribution de sous-populations neuronales spécifiques à différents stades d’acquisition et de performance comportementale et fournit une plate-forme pour des études détaillées des systèmes moteurs 13,23,24. Le mouvement se produit en quelques secondes; ainsi, la vidéographie à grande vitesse devrait être utilisée pour l’analyse cinématique à des étapes distinctes de la trajectoire motrice qualifiée 7,25. Plusieurs paramètres peuvent être extraits des vidéos, notamment la posture du corps, la trajectoire, la vitesse et le type d’erreurs25. L’analyse cinématique peut être utilisée pour détecter des changements subtils lors de la manipulation optogénétique sans fil 7,23.
L’utilisation de diodes électroluminescentes (LED) miniaturisées pour fournir de la lumière via un système sans fil monté sur la tête permet d’avoir un contrôle optogénétique à distance pendant que l’animal effectue la tâche. Le contrôleur optogénétique sans fil accepte les commandes à impulsion unique ou à déclenchement continu d’un stimulateur et envoie des signaux infrarouges (IR) à un récepteur connecté à la LED miniaturisée23,26. Le protocole actuel combine cette approche optogénétique sans fil avec la vidéographie à grande vitesse d’une tâche de dextérité pour disséquer le rôle de populations neuronales spécifiques lors de la performance du comportement moteur fin23. Comme il s’agit d’une tâche unimanale, elle permet d’évaluer la participation des structures dans les deux hémisphères. Traditionnellement, le cerveau contrôle le mouvement du corps d’une manière très asymétrique; cependant, les tâches de haute dextérité nécessitent une coordination et un contrôle minutieux de nombreuses structures cérébrales, y compris les noyaux ipsilatérals et la contribution différentielle des sous-populations neuronales dans les noyaux 10,20,21,22,23. Ce protocole montre que les structures sous-corticales des deux hémisphères contrôlent la trajectoire du membre antérieur23. Ce paradigme peut convenir à l’étude d’autres régions du cerveau et de modèles de maladies cérébrales.

<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

La motricité fine est essentielle dans la vie quotidienne et peut être compromise dans plusieurs troubles du système nerveux. L’acquisition et l’exécution de ces tâches nécessitent une intégration sensori-motrice et impliquent un contrôle précis des circuits cérébraux bilatéraux. La mise en œuvre de paradigmes comportementaux unimanuels dans des modèles animaux améliorera la compréhension de la contribution des structures cérébrales, comme le striatum, au comportement moteur complexe, car elle permet la manipulation et l’enregistrement de l’activité neuronale de noyaux spécifiques dans des conditions de contrôle et de maladie pendant l’exécution de la tâche. 
Depuis sa création, l’optogénétique a été un outil dominant pour interroger le cerveau en permettant une activation ou une inhibition sélective et ciblée des populations neuronales. La combinaison de l’optogénétique avec des tests comportementaux met en lumière les mécanismes sous-jacents de fonctions cérébrales spécifiques. Les systèmes sans fil montés sur la tête avec diodes électroluminescentes miniaturisées (LED) permettent un contrôle optogénétique à distance chez un animal entièrement en mouvement libre. Cela évite qu’un système câblé ne soit moins restrictif pour le comportement des animaux sans compromettre l’efficacité de l’émission de lumière. Le protocole actuel combine une approche optogénétique sans fil avec une vidéographie à grande vitesse dans une tâche de dextérité unimanuelle pour disséquer la contribution de populations neuronales spécifiques au comportement moteur fin.

La tâche de portée à saisir est un paradigme largement utilisé pour étudier la mise en forme, l’apprentissage, la performance et la cinématique du mouvement des compétences fines sous différentes manipulations expérimentales. Les souris apprennent à exécuter la tâche en quelques jours et atteignent une précision de plus de 55% atteignant un plateau après 5 jours d’entraînement (Figure 2A, B). À l’instar de ce qui a été signalé précédemment, un pour...

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 

Le présent protocole décrit comment utiliser l’optogénétique sans fil combinée à la vidéographie à grande vitesse dans une seule tâche de portée à la saisie de pastilles pour caractériser les circuits neuronaux impliqués dans la performance du comportement moteur qualifié chez les souris en mouvement libre.

In vivo Contrôle optogénétique sans fil du comportement moteur qualifié

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

Le protocole actuel contribue à l’étude des mécanismes cérébraux sous-jacents au comportement moteur qualifié. L’optogénétique sans fil permet la manipulation de neurones spécifiques pendant que les sujets effectuent une tâche en mouvement libre. En combinaison avec la vidéographie à grande vitesse, il est possible d’avoir une analyse détaillée du comportement de la motricité fine.La méthode pourrait aider à comprendre les problèmes moteurs dans les troubles neurodéveloppementaux et neurodégénératifs. Ces techniques peuvent également être utilisées pour étudier la fonction cérébrale dans d’autres paradigmes comportementaux. Diana Rodriguez-Munoz, une étudiante de premier cycle de mon laboratoire, participera à l’expérimentation.Pour les interventions chirurgicales, commencez par préparer une canule LED de la longueur souhaitée en fonction des coordonnées dorso-ventrales de la structure d’intérêt. Pour ce faire, coupez la fibre de verre à une longueur supérieure à la taille finale souhaitée et broyez la pointe de la fibre à la longueur cible avec du papier de verre rugueux. Ensuite, polissez la pointe de la fibre avec du papier de verre fin.Pour les microinjections, remplissez une pipette avec l’huile minérale et placez la pipette dans le micro-injecteur. Assurez-vous que le micro-injecteur fonctionne correctement en injectant de l’huile minérale. Ensuite, préparez la souris anesthésiée pour la chirurgie en appliquant une pommade ophtalmique et en enlevant les poils du cuir chevelu avec une tondeuse et une crème dépilatoire.Ensuite, essuyez le cuir chevelu avec des cotons-tiges contenant 8% d’iode povidone et 70% d’éthanol alternés trois fois chacun. Après la désinfection, placez la souris dans l’appareil stéréotaxique et fixez la tête en veillant à ce que le crâne soit nivelé dans les axes médial-latéral et antérieur-postérieur. Utilisez un scalpel pour faire une incision d’un centimètre à travers le cuir chevelu au niveau des yeux le long de l’axe sagittal.Ensuite, rétractez la peau pour exposer le crâne et nettoyez le périoste avec des cotons-tiges. Nettoyez la surface du crâne avec une solution saline et des cotons-tiges et résolvez tout saignement à la surface à l’aide de lances oculaires absorbantes stériles. Ensuite, appliquez une goutte de peroxyde d’hydrogène à 2,5% avec un coton-tige et laissez-le agir pendant quelques secondes pour rendre les sutures du crâne visibles et avoir une meilleure référence.Après quelques secondes, nettoyez soigneusement la zone avec un coton-tige propre. Avec une pipette en verre de 15 microns de diamètre final de la pointe, localisez bregma et lambda pour vérifier que le crâne est nivelé dans l’axe antérieur-postérieur. Ensuite, peignez un point de référence dans le cuir chevelu au-dessus des coordonnées sélectionnées avec un marqueur.Dans le point de référence, effectuez une craniotomie d’un millimètre de diamètre en appliquant une légère pression sur le crâne avec un outil rotatif à une vitesse faible à moyenne avec un petit foret dentaire rond. Une fois cela fait, déplacez le capillaire vers les coordonnées antérieures-postérieures, ou AP, et médiale-latérales, ou ML, sélectionnées. Chargez le capillaire avec 300 à 400 nanolitres du virus adéno-associé dépendant de CreE, ou AAV, comme AAV1, D-flox channelrhodopsin mCherry pour exprimer la channelrhodopsine dans la région d’intérêt.Un AAV peut être utilisé comme témoin pour exprimer la protéine rapporteure. Après vous être assuré que la pointe n’est pas bouchée, introduisez la pipette en verre dans le cerveau aux coordonnées dorso-ventrales moins 3,35 millimètres dans le striatum dorsal-latéral et injectez 200 nanolitres du virus à l’aide d’un injecteur automatique à raison de 23 nanolitres par seconde. Attendez 10 minutes après l’injection avant de retirer lentement la pipette en verre pour éviter tout déversement.Ensuite, nettoyez et séchez tous les résidus avec des cotons-tiges. Ensuite, fixez la canule LED en verre au bras stéréotaxique et calibrez les coordonnées en utilisant bregma comme référence. Ensuite, insérez la canule lentement pour éviter les dommages tissulaires et placez-la à 100 micromètres au-dessus du site d’injection.Une fois la canule LED en place, ajoutez une goutte de 100 microlitres d’adhésif tissulaire au bord de la craniotomie. Utilisez une brosse stérile pour appliquer un mélange de ciment dentaire fraîchement préparé autour du connecteur de la canule petit à petit, en construisant des couches jusqu’à ce que le crâne soit recouvert et que le connecteur soit solidement attaché au crâne, laissant les broches complètement libres. Lorsque le ciment sèche complètement, fermez la peau autour de l’implant à l’aide d’un adhésif tissulaire.Ensuite, placez la souris dans une cage de récupération au-dessus d’un coussin chauffant à 33 degrés Celsius tout en surveillant les signes d’inconfort ou de douleur. Enregistrez le comportement de l’animal avec une caméra régulière et capturez 30 à 60 images par seconde depuis l’avant de la chambre. Un miroir peut être placé sous la chambre d’entraînement à un angle de 45 degrés pour surveiller la posture de l’animal.Lorsque les souris commencent à atteindre la pastille, tournez la canule LED manuellement avec la télécommande pour avoir une stimulation continue pendant la durée du comportement pendant une durée maximale de deux secondes. Le dispositif de stimulation déclenche une LED de 470 nanomètres avec une intensité à la pointe d’un milliwatt par millimètre carré. Le comportement moteur fin de l’animal sous manipulations optogénétiques a été étudié avec la tâche de portée à saisir.Les souris ont appris à exécuter la tâche en quelques jours et ont atteint une précision de plus de 55%, atteignant un plateau après cinq jours d’entraînement. La trajectoire des mouvements a été suivie avec une vidéographie à grande vitesse, ce qui a permis d’analyser la cinématique. L’évaluation quantifiable de paramètres tels que la distance parcourue, la vitesse, l’accélération, le point final et la trajectoire a été effectuée.Dans les essais manqués, les souris ont commencé le mouvement de préhension plus loin de la pastille que les essais frappés. De plus, des erreurs ont été significativement associées à la posture de la souris, comme en témoignent les différences d’angle corporel lors des essais frappés et manqués. L’activation controlatérale de la dopamine D1 exprimant des neurones de projection épineux, ou SPN, a réduit le succès de préhension par rapport aux conditions de contrôle.Lors d’une stimulation optogénétique, la trajectoire de la patte a augmenté dans la distance parcourue, ce qui a conduit à l’incapacité de cibler la pastille et à une augmentation de l’erreur initiale de type un. L’analyse en composantes principales, ou APC, a montré que toutes les trajectoires des essais au cours de l’activation des PAN D1 controlatérals se séparaient en un groupe avec presque aucun chevauchement avec le groupe témoin, ce qui indique une faible similitude. L’activation des DSPN dans la partie ipsilatérale a conduit à une augmentation de la dispersion de trajectoire montrée par l’analyse PCA.Par conséquent, l’activation ipsilatérale des SPN D1 a modifié la trajectoire d’atteinte sans modifier le résultat comportemental. Lorsque vous effectuez ce protocole, veillez à placer correctement la canule afin qu’elle ne se détache pas pendant les séances d’entraînement. Cette méthode peut être utilisée dans d’autres paradigmes comportementaux pour étudier le comportement moteur, le traitement sensoriel, l’apprentissage et la mémoire.L’optogénétique sans fil permettra d’étudier le comportement naturaliste et ses fondements neurobiologiques chez des sujets vraiment en mouvement libre.

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 

Stimulation optogenetic de comportement de fuite en<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 ...

Recherche

Neurosciences

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 

Une méthode pour High Fidelity optogénétiques contrôle de Pyramidal neurones individuels<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 optogénétiques stimulation du système nerveux central pour rongeurs

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 

Une procédure pour l&#39;implantation d&#39;une chambre pour la colonne vertébrale longitudinale<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagerie du cordon spinal de souris

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 optogénétiques Dissection de circuits Peur en tranches cérébrales

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 entraînement des Oscillations thêta hippocampique en comportement des souris

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 

Analyser le comportement larves de drosophile en réponse à une Stimulation des neurones olfactifs Optogenetic

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 Ciblé d’Expression des protéines Optogenetic, soie/AAV Films

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

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 

Mesurer et manipuler des voies neuronales fonctionnellement spécifiques dans le système moteur humain avec stimulation magnétique transcrânienne

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