Name: in vivo wireless optogenetic control of skilled motor behavior
Uploaded: 2021-11-22T14:30:00
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이 작업은 UNAM-PAPIIT 프로젝트 IA203520에서 지원했습니다. IFC 동물 시설에서 마우스 식민지 유지 보수에 도움을 준 것과 IT 지원을 위한 전산 장치, 특히 Francisco Perez-Eugenio에 감사드립니다.

동물 사용과 관련된 절차는 지역 및 국가 지침에 따라 수행되었으며 해당 기관 동물 관리 및 사용위원회 (세포 생리학 연구소 IACUC 프로토콜 VLH151-19)의 승인을 받았습니다. Drd1-Cre 형질전환 수컷 마우스는C57BL/6 배경으로 출생 후 27, 35-40일째에 현재의 프로토콜에 사용되었다. 마우스는 다음의 조건 하에서 유지되었다: 온도 22±1°C; 습도 55%; 가벼운 일정 12/12 시간 오후 7시에 불을 ?...

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	<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>

잘 정의 된 행동 패러다임에서 신경 집단의 광유전 적 조작의 사용은 운동 제어 7,23의 기초가되는 메커니즘에 대한 우리의 지식을 발전시키고 있습니다. 무선 방법은 여러 동물 또는 자유 이동34,35에 대한 테스트가 필요한 작업에 특히 적합합니다. 그럼에도 불구하고, 기술과 장치가 세련됨에 따라, 그것은 광...

운동 숙련 된 행동은 우리가 수행하는 대부분의 움직임 중에 존재하며, 여러 뇌 장애 1,2,3,4,5,6에서 영향을받는 것으로 알려져 있습니다. 숙련 된 운동의 발달, 학습 및 성능을 연구 할 수있는 작업을 구현하는 것은 특히 뇌 손상, 신경 퇴행성 및 신경 발달 장애 모델 2,7,8,9,10,11,12,13에서 운동 기능의 신경 생물학적 토대를 이해하는 데 중요합니다. . 물체에 도달하고 검색하는 것은 일상 생활에서 일상적으로 이루어지며, 초기 개발 과정에서 습득 한 최초의 운동 기술 중 하나이며 5,6 년 동안 세련되었습니다. 그것은 물체의 특징에 대한 인식, 운동 계획, 행동 선택, 운동 실행, 신체 조정 및 속도 변조 7,14,15,16과 같은 감각 - 운동 과정을 필요로하는 복잡한 행동을 포함한다. 따라서, 일수동적인 높은 손재주 작업은 양쪽 반구 16,17,18,19,20,21,22의 많은 뇌 구조의 참여를 필요로 한다. 마우스에서, 단일 펠릿 도달-대-파악 과제는 개별적으로 제어되고 분석될 수 있는 여러 단계를 특징으로 한다(7,13,23). 이 특징은 획득 및 행동 성능의 상이한 단계에서 특정 뉴런 서브 집단의 기여를 연구 할 수있게하고 모터 시스템13,23,24에 대한 상세한 연구를위한 플랫폼을 제공한다. 움직임은 몇 초 안에 발생합니다. 따라서, 고속 비디오 그래피는 숙련된 운동 궤적(7,25)의 뚜렷한 단계에서 운동학적 분석에 사용되어야 한다. 비디오로부터 신체 자세, 궤적, 속도 및 에러 유형(25)을 포함하는 몇몇 파라미터들이 추출될 수 있다. 운동학적 분석은 무선 광유전학적 조작(7,23) 동안 미묘한 변화를 검출하는데 사용될 수 있다.
무선 헤드 마운트 시스템을 통해 빛을 전달하기 위해 소형 발광 다이오드(LED)를 사용하면 동물이 작업을 수행하는 동안 원격 광유전학 제어를 할 수 있습니다. 무선 광유전학 제어기는 자극기로부터 단일 펄스 또는 연속 트리거 명령을 수용하고, 적외선(IR) 신호를 소형화된 LED(23,26)에 연결된 수신기로 전송한다. 현재의 프로토콜은 이러한 무선 광유전학 접근법을 손재주 태스크의 고속 비디오 그래피와 결합하여 미세 운동 거동(23)의 수행 동안 특정 뉴런 집단의 역할을 해부한다. 단일 수동 작업이기 때문에 두 반구에서 구조물의 참여를 평가할 수 있습니다. 전통적으로 뇌는 매우 비대칭적인 방식으로 신체 움직임을 제어합니다. 그러나 손재주가 높은 작업에는 동측성 핵과 핵10,20,21,22,23 내의 신경 하위 집단의 차별적 기여를 포함하여 많은 뇌 구조로부터의 신중한 조정과 제어가 필요합니다. 이 프로토콜은 양쪽 반구로부터의 피질하 구조가 앞다리(23)의 궤적을 조절한다는 것을 보여준다. 이 패러다임은 뇌 질환의 다른 뇌 영역과 모델을 연구하는 데 적합 할 수 있습니다.

<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

미세 운동 기술은 일상 생활에서 필수적이며 여러 신경계 장애에서 손상 될 수 있습니다. 이러한 작업의 획득 및 수행에는 감각 - 모터 통합이 필요하며 양측 뇌 회로의 정확한 제어가 필요합니다. 동물 모델에서 단수동 행동 패러다임을 구현하면 작업 수행 중에 제어 조건 및 질병에서 특정 핵의 신경 활동을 조작하고 기록 할 수 있으므로 복잡한 운동 행동에 선조체와 같은 뇌 구조의 기여에 대한 이해가 향상됩니다. 
그것의 창조 이래로, 광유전학은 신경 세포의 선택적이고 표적화 된 활성화 또는 억제를 가능하게함으로써 뇌를 심문하는 지배적 인 도구였습니다. 광유전학과 행동 분석의 결합은 특정 뇌 기능의 기본 메커니즘에 대해 밝힙니다. 소형화된 발광 다이오드(LED)를 갖춘 무선 헤드 마운트 시스템은 완전히 자유롭게 움직이는 동물에서 원격 광유전학적 제어를 가능하게 합니다. 이것은 유선 시스템이 발광 효율을 손상시키지 않으면서 동물의 행동에 덜 제한적이라는 한계를 피할 수 있습니다. 현재의 프로토콜은 무선 광유전학 접근법과 고속 비디오 그래피를 단일 수동 손재주 작업으로 결합하여 특정 신경 세포 집단이 미세한 운동 행동에 기여하는 것을 해부합니다.

도달 - 투 - 파악 과제는 다양한 실험 조작 하에서 미세 기술 운동의 형성, 학습, 성능 및 운동학을 연구하는 데 널리 사용되는 패러다임입니다. 마우스는 며칠 안에 작업을 수행하고 5 일간의 훈련 후에 고원에 도달하는 55 % 이상의 정확도를 달성하는 법을 배웁니다 (그림 2A, B). 이전에 보고된 것과 유사하게, 동물의 백분율은 작업을 적절하게 수행하지 않으며(29....

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

본 프로토콜은 자유롭게 움직이는 마우스에서 숙련 된 운동 거동의 성능에 관여하는 신경 회로를 특성화하기 위해 단일 펠릿 도달 - 투 - 파악 작업에서 고속 비디오 그래피와 결합 된 무선 광유전학을 사용하는 방법을 설명합니다.

생체 내 숙련 된 운동 행동의 무선 광유전학 제어

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

현재의 프로토콜은 숙련 된 운동 행동의 기초가되는 뇌 메커니즘의 연구에 기여합니다. 무선 광유전학은 피험자가 자유로운 움직임으로 작업을 수행하는 동안 특정 뉴런의 조작을 허용합니다. 고속 비디오 그래피와 결합하여 미세 운동 거동에 대한 상세한 분석을 할 수 있습니다.이 방법은 신경 발달 및 신경 퇴행성 장애의 운동 문제를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 기술은 다른 행동 패러다임에서도 뇌 기능을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 내 실험실의 학부생 인 Diana Rodriguez-Munoz는 실험을 도울 것입니다.수술 절차의 경우, 관심 구조의 등쪽 - 복부 좌표에 따라 원하는 길이의 LED 캐뉼라를 준비하여 시작하십시오. 이렇게하려면 유리 섬유를 최종 원하는 크기보다 긴 길이로 자르고 거친 사포로 섬유 팁을 목표 길이로 연마하십시오. 그런 다음 섬유 팁을 미세한 사포로 닦으십시오.미세 주사의 경우 피펫에 미네랄 오일을 채우고 피펫을 마이크로 인젝터에 넣으십시오. 일부 미네랄 오일을 주입하여 마이크로 인젝터가 올바르게 작동하는지 확인하십시오. 다음으로, 안과 연고를 바르고 트리머 및 제모 크림으로 두피에서 모발을 제거하여 수술을 위한 마취된 마우스를 준비한다.그런 다음 8 % 포비돈 요오드와 70 % 에탄올을 각각 세 번 번갈아 가며 면봉으로 두피를 닦으십시오. 소독 후 마우스를 입체 택시 장치에 넣고 머리를 고정하여 두개골이 내측 및 전후 축에 수평을 이루도록하십시오. 메스를 사용하여 시상 축을 따라 눈 높이에서 두피를 통해 한 센티미터 절개를하십시오.그런 다음 피부를 수축시켜 두개골을 노출시키고 면봉으로 골막을 닦으십시오. 식염수와 면봉으로 두개골 표면을 청소하고 멸균 흡수성 눈 창을 사용하여 표면의 출혈을 해결하십시오. 그런 다음 면봉에 2.5 % 과산화수소를 떨어 뜨리고 몇 초 동안 작용하여 두개골 봉합사를 볼 수있게하고 더 나은 참조를 얻으십시오.몇 초 후, 깨끗한 면봉으로 그 지역을 깨끗이 닦으십시오. 최종 팁 직경이 15미크론인 유리 피펫으로 브레그마와 람다를 찾아 두개골이 전후축에 수평을 이루고 있는지 확인합니다. 그런 다음 마커를 사용하여 선택한 좌표 위의 두피에 참조점을 페인트합니다.기준점에서, 작고 둥근 치과 드릴 비트로 저속 내지 중속으로 회전 공구로 두개골에 부드러운 압력을 가하는 1 밀리미터 직경의 두개골 절제술을 수행하십시오. 완료되면 모세관을 선택한 전후 또는 AP쪽으로 이동하고 내측 또는 ML 좌표를 이동합니다. 관심 영역에서 채널로돕신을 발현하기 위해 300 내지 400 나노리터의 CreE 의존성 아데노-관련 바이러스, 또는 AAV와 같은 AAV1, D-플록스 채널로돕신 mCherry로 모세관을 로딩한다.AAV는 리포터 단백질을 발현시키기 위한 대조군으로서 사용될 수 있다. 팁이 막히지 않도록 한 후 등쪽 - 복부에서 3.35 밀리미터 좌표를 뺀 등쪽 선조체에서 뇌에 유리 피펫을 도입하고 자동 인젝터를 사용하여 초당 23 나노 리터의 속도로 200 나노 리터의 바이러스를 주입하십시오. 유출을 피하기 위해 유리 피펫을 천천히 꺼내기 전에 주사 후 10 분 동안 기다리십시오.그런 다음 면봉으로 잔류 물을 청소하고 말리십시오. 다음으로, 유리 LED 캐뉼라를 입체 택시 암에 부착하고 bregma를 참조로 사용하여 좌표를 보정합니다. 그런 다음 캐뉼러를 천천히 삽입하여 조직 손상을 피하고 주사 부위 위에 100 마이크로 미터 위에 놓습니다.LED 캐뉼라가 제자리에 놓이면 두개골 절제술의 가장자리에 100 마이크로 리터의 조직 접착제를 떨어 뜨립니다. 멸균 브러시를 사용하여 갓 준비한 치과 시멘트 혼합물을 캐뉼라 커넥터 주위에 조금씩 적용하고 두개골이 덮히고 커넥터가 두개골에 단단히 부착되어 핀이 완전히 자유로워 질 때까지 층을 만듭니다. 시멘트가 완전히 건조되면 조직 접착제를 사용하여 임플란트 주위의 피부를 닫으십시오.그런 다음 마우스를 섭씨 33도의 가열 패드 위에 회복 케이지에 놓고 불편 함이나 통증의 징후를 모니터링하십시오. 일반 카메라로 동물의 행동을 기록하고 챔버 앞쪽에서 초당 30 ~ 60 프레임을 캡처하십시오. 거울은 동물의 자세를 모니터링하기 위해 45도 각도로 훈련실 아래에 놓을 수 있습니다.마우스가 펠릿에 도달하기 시작할 때, LED 캐뉼라를 리모컨으로 수동으로 돌려 거동이 두 초 이상 수행되지 않는 시간 동안 연속적인 자극을 갖도록 한다. 자극 장치는 밀리미터 평방 당 하나의 밀리와트의 끝에서 강도로 470 나노 미터의 LED를 트리거합니다. 광유전 적 조작하에 동물의 미세한 운동 행동은 도달 - 파악 과제로 연구되었습니다.마우스는 며칠 만에 작업을 수행하는 법을 배웠고 55 % 이상의 정확도를 달성하여 5 일간의 훈련 후에 고원에 도달했습니다. 움직임의 궤적은 고속 비디오 그래피로 추적되어 운동학을 분석 할 수있었습니다. 이동 거리, 속도, 가속도, 종점 및 궤적과 같은 매개 변수에 대한 정량화 가능한 평가가 수행되었습니다.놓친 시험에서, 마우스는 히트 시험보다 펠릿에서 더 멀리 떨어져있는 잡기 운동을 시작했습니다. 또한, 오류는 마우스 자세와 상당히 관련이 있었으며, 타격 중 신체 각도의 차이와 놓친 시험으로 나타났습니다. 스파이니 프로젝션 뉴런 또는 SPN을 발현하는 D1 도파민의 대측성 활성화는 대조군 조건에 비해 파악 성공을 감소시켰다.광유전학적 자극 동안, 발 궤적은 이동 거리에서 증가하여, 펠릿을 표적으로 할 수 없는 무능력과 초기 오차 유형의 증가로 이어졌다. 원리 성분 분석, 또는 PCA는 대측성 D1 SPNs 활성화 동안 모든 시험 궤적이 대조군 클러스터와 거의 겹치지 않는 클러스터에서 분리되는 것을 보여주었고, 이는 낮은 유사성을 나타낸다. 동측 측에서 DSPNs의 활성화는 PCA 분석에 의해 나타난 궤적 분산의 증가를 가져왔다.따라서 동측성 D1 SPNs 활성화는 행동 결과를 변경하지 않고 도달 궤적을 수정했습니다. 이 프로토콜을 수행 할 때 캐뉼라를 올바르게 배치하여 훈련 세션 중에 분리되지 않도록주의하십시오. 이 방법은 다른 행동 패러다임에서 운동 행동, 감각 처리, 학습 및 기억을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.무선 광유전학은 진정으로 자유롭게 움직이는 피험자에서 자연 주의적 행동과 신경 생물학적 토대를 연구 할 수있게 해줍니다.

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 

의 이스케이프 문제의 Optogenetic의 자극<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 ...

연구

신경과학

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 

개별 피라미드 뉴런의 고 충실도 Optogenetic 제어하는​​ 방법<em&gt; 생체 내</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 

설치류 중추 신경계의 생체 Optogenetic 자극

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 

종의 척추 상공 회의소를 주입하는 절차<em&gt; 생체</em&gt; 마우스 척수의 영상

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 

뇌 조각의 공포 회로의 예 생체 Optogenetic 해부

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 쥐 행동에 Hippocampal 세타 진동의 유입

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 

초파리 애벌레 동작 Optogenetic 후 각 신경의 자극에 대 한 응답 추적

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 

Vivo에서 실크/AAV 영화를 사용 하 여 Optogenetic 단백질의 표적으로 표현

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 

초파리 멜라노가스터에서 학습 유발 시냅스 가소성의 생체 내 광학 칼슘 이미징

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 

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

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