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 arbeidet ble støttet av UNAM-PAPIIT-prosjektet IA203520. Vi takker IFC-dyreavdelingen for deres hjelp med vedlikehold av musekolonier og beregningsenheten for IT-støtte, spesielt til Francisco Perez-Eugenio.

Prosedyrene for dyrebruk ble utført etter lokale og nasjonale retningslinjer og godkjent av den tilsvarende institusjonelle dyrepleie- og brukskomiteen (Institutt for cellulær fysiologi IACUC-protokollen VLH151-19). Drd1-Cre transgene hannmus27, 35-40 dager postnatal med C57BL / 6 bakgrunn ble brukt i den nåværende protokollen. Mus ble holdt under følgende forhold: temperatur 22±1 °C; fuktighet 55%; lysplan 12/12 t med lys av kl 19:00 og ble avventet på barseldag 21. Avvennede valper ble p...

<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>

Bruken av optogenetisk manipulering av nevronale populasjoner i veldefinerte atferdsparadigmer fremmer vår kunnskap om mekanismene som ligger til grunn for motorstyring 7,23. Trådløse metoder er spesielt egnet for oppgaver som krever tester på flere dyr eller fri bevegelse 34,35. Likevel, som teknikker og enheter er raffinert, bør det være go-to alternativet for enhver atferdsoppgave kombinert med o...

Motorisk dyktig oppførsel er til stede under de fleste bevegelser utført av oss, og det er kjent for å bli påvirket i flere hjernesykdommer 1,2,3,4,5,6. Implementering av oppgaver som gjør det mulig å studere utvikling, læring og ytelse av dyktige bevegelser er avgjørende for å forstå motorfunksjonens nevrobiologiske underlag, spesielt i modeller av hjerneskade, nevrodegenerative og nevrodevelopmentale lidelser 2,7,8,9,10,11,12,13 . Å strekke seg etter og hente gjenstander gjøres rutinemessig i hverdagens handlinger, og det er en av de første motoriske ferdighetene som er oppnådd under tidlig utvikling og deretter raffinert gjennom årene 5,6. Den består av en kompleks oppførsel som krever sensoriske motoriske prosesser som oppfatningen av objektets egenskaper, bevegelsesplanlegging, handlingsvalg, bevegelsesutførelse, kroppskoordinering og hastighetsmodulering 7,14,15,16. Dermed krever enspråklige oppgaver med høy fingerferdighet deltakelse av mange hjernestrukturer på begge halvkule 16,17,18,19,20,21,22. Hos mus er den enkle pellets rekkevidde-til-grep-oppgaven preget for flere faser som kan kontrolleres og analyseres separat 7,13,23. Denne funksjonen gjør det mulig å studere bidraget fra spesifikke nevronale subpopulations på ulike stadier av oppkjøp og atferd ytelse og gir en plattform for detaljerte studier av motorsystemer 13,23,24. Bevegelsen skjer om et par sekunder; Dermed bør høyhastighets videografi brukes til kinematisk analyse i forskjellige stadier av den dyktige motorbanen 7,25. Flere parametere kan trekkes ut fra videoene, inkludert kroppsstilling, bane, hastighet og type feil25. Kinematisk analyse kan brukes til å oppdage subtile endringer under trådløs optogenetisk manipulasjon 7,23.
Ved hjelp av miniatyriserte lysdioder (lysdioder) for å levere lys via et trådløst hodemontert system gjør det mulig å ha ekstern optogenetisk kontroll mens dyret utfører oppgaven. Den trådløse optogenetiske kontrolleren godtar enkeltpuls- eller kontinuerlige utløserkommandoer fra en stimulator og sender infrarøde (IR) signaler til en mottaker som er koblet til den miniatyriserte LED23,26. Den nåværende protokollen kombinerer denne trådløse optogenetikk tilnærmingen med høyhastighets videografi av en fingerferdighet oppgave å dissekere rollen som spesifikke nevronale populasjoner under utførelsen av finmotorisk oppførsel23. Siden det er en enspråklig oppgave, tillater det å vurdere deltakelse av strukturer på begge halvkule. Tradisjonelt kontrollerer hjernen kroppsbevegelsen på en svært asymmetrisk måte; Imidlertid krever høye fingerferdighetsoppgaver nøye koordinering og kontroll fra mange hjernestrukturer, inkludert ipsilaterale kjerner og differensialbidrag av nevronale subpopulasjoner innen kjerner 10,20,21,22,23. Denne protokollen viser at subkortiske strukturer fra begge halvkule kontrollerer banen til forbenet23. Dette paradigmet kan være egnet til å studere andre hjerneregioner og modeller av hjernesykdom.

<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

Finmotoriske ferdigheter er avgjørende i hverdagen og kan bli kompromittert i flere nervesystemforstyrrelser. Oppkjøpet og ytelsen til disse oppgavene krever sensorisk motorisk integrasjon og innebærer presis kontroll av bilaterale hjernekretser. Implementering av enspråklige atferdsparadigmer i dyremodeller vil forbedre forståelsen av bidraget av hjernestrukturer, som striatum, til kompleks motorisk oppførsel, da det tillater manipulering og registrering av nevral aktivitet av spesifikke kjerner i kontrollforhold og sykdom under utførelsen av oppgaven. 
Siden opprettelsen har optogenetikk vært et dominerende verktøy for å forhøre hjernen ved å muliggjøre selektiv og målrettet aktivering eller hemming av nevronale populasjoner. Kombinasjonen av optogenetikk med atferdsanalyser kaster lys over de underliggende mekanismene for spesifikke hjernefunksjoner. Trådløse hodemonterte systemer med miniatyriserte lysdioder (lysdioder) tillater ekstern optogenetisk kontroll i et helt frittgående dyr. Dette unngår at begrensningene i et kablet system er mindre restriktive for dyrs oppførsel uten at det går på bekostning av lysutslippseffektiviteten. Den nåværende protokollen kombinerer en trådløs optogenetikk tilnærming med høyhastighets videografi i en enmanuell fingerferdighet oppgave å dissekere bidraget fra spesifikke nevronale populasjoner til fin motorisk oppførsel.

Reach-to-grasp-oppgaven er et paradigme som er mye brukt til å studere forming, læring, ytelse og kinematikk av fin ferdighetsbevegelse under forskjellige eksperimentelle manipulasjoner. Mus lærer å utføre oppgaven om et par dager og oppnår mer enn 55% nøyaktighet når et platå etter 5 dagers trening (figur 2A, B). I likhet med det som tidligere er rapportert, utfører ikke en prosentandel av dyrene oppgaven på riktig måte (29,62%), og de bør utelukkes fra videre ...

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 nåværende protokollen beskriver hvordan du bruker trådløs optogenetikk kombinert med høyhastighets videografi i en enkelt pellets rekkevidde-til-grep-oppgave for å karakterisere nevrale kretser som er involvert i ytelsen til dyktig motorisk oppførsel hos fritt bevegelige mus.

In Vivo Trådløs optogenetisk kontroll av dyktig motorisk oppførsel

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

Den nåværende protokollen bidrar til studiet av hjernemekanismene som ligger til grunn for dyktig motorisk oppførsel. Trådløse optogenetikk tillater manipulering av spesifikke nevroner mens forsøkspersoner utfører en oppgave i fri bevegelse. I kombinasjon med høyhastighets videografi er det mulig å ha en detaljert analyse av finmotorisk oppførsel.Metoden kan bidra til å forstå motoriske problemer i nevrodevelopmentale og nevrodegenerative lidelser. Disse teknikkene kan også brukes til å studere hjernefunksjon i andre atferdsparadigmer. Diana Rodriguez-Munoz, en undergrad student fra laboratoriet mitt, vil bistå med eksperiment.For kirurgiske prosedyrer, start med å forberede en LED-kanyle av ønsket lengde i henhold til dorso-ventral koordinatene til interessestrukturen. For å gjøre det, kutt glassfiberen til en lengde lenger enn den endelige ønskede størrelsen og slip fiberspissen til mållengden med grovt sandpapir. Poler deretter fiberspissen med fint sandpapir.For mikroinjeksjoner, fyll en pipette med mineraloljen og legg pipetten i mikroinjektoren. Sørg for at mikroinjektoren fungerer som den skal ved å injisere mineralolje. Deretter forbereder du den bedøvede musen for operasjonen ved å bruke en oftalmisk salve og fjerne hår fra hodebunnen med en trimmer og hårfjerningskrem.Tørk deretter hodebunnen med bomullspinne som har 8% povidon jod og 70% etanol vekslet tre ganger hver. Etter desinfisering, plasser musen i stereotaxic-apparatet og fest hodet, og sørg for at skallen er nivellert i medial-laterale og fremre bakre akser. Bruk en skalpell til å lage et snitt på en centimeter gjennom hodebunnen på øynene langs sagittalaksen.Trekk deretter tilbake huden for å eksponere skallen og rengjør periosteumet med bomullspinne. Rengjør kraniumoverflaten med saltløsning og bomullspinne og løs eventuell blødning på overflaten ved hjelp av sterile absorberende øyespyd. Påfør deretter en dråpe på 2,5% hydrogenperoksid med en bomullspinne og la det virke i noen sekunder for å gjøre skalle suturer synlige og ha en bedre referanse.Etter noen sekunder rengjør området grundig med en ren bomullspinne. Med en glasspipette med 15 mikron endelig spissdiameter, finn bregma og lambda for å kontrollere at skallen er nivellert i den fremre bakre aksen. Deretter maler du et referansepunkt i hodebunnen over de valgte koordinatene med en markør.I referansepunktet, utfør en kraniotomi med en millimeter diameter som påfører forsiktig trykk på skallen med et roterende verktøy med lav til middels hastighet med et lite, rundt tannbor. Når du er ferdig, flytter du kapillæren mot de valgte fremre bakre, eller AP, og medial-laterale, eller ML, koordinater. Last kapillæren med 300 til 400 nanolitere av det CreE-avhengige adeno-assosierte viruset, eller AAV, for eksempel AAV1, D-flox channelrhodopsin mCherry for å uttrykke channelrhodopsin i interesseområdet.En AAV kan brukes som en kontroll for å uttrykke reporterproteinet. Etter å ha sørget for at spissen ikke er tilstoppet, introduserer du glasspipetten i hjernen ved dorso-ventral minus 3,35 millimeter koordinater i dorsal-lateral striatum og injiserer 200 nanoliter av viruset ved hjelp av en automatisk injektor med en hastighet på 23 nanoliter per sekund. Vent i 10 minutter etter injeksjon før du trekker ut glasspipetten sakte for å unngå søl.Deretter rengjør og tørk eventuelle rester med bomullspinne. Deretter fester du glass-LED-kanylen til den stereotaktiske armen og kalibrerer koordinatene ved hjelp av bregma som referanse. Sett deretter kanylen sakte inn for å unngå vevsskader og plasser den 100 mikrometer over injeksjonsstedet.Når LED-kanylen er på plass, legg til en dråpe på 100 mikroliter vevslim på kanten av kraniotomien. Bruk en steril børste til å påføre en nylaget tannsementblanding rundt kanylekontakten litt etter litt, bygge lag til skallen er dekket og kontakten er sikkert festet til skallen, slik at pinnene er helt frie. Når sementen tørker helt, lukk huden rundt implantatet ved hjelp av vevslim.Plasser deretter musen i et gjenopprettingsbur over en varmepute ved 33 grader Celsius mens du overvåker for tegn på ubehag eller smerte. Ta opp dyrets oppførsel med et vanlig kamera og ta 30 til 60 bilder per sekund fra forsiden av kammeret. Et speil kan plasseres under treningskammeret i en 45-graders vinkel for å overvåke dyrets holdning.Når musene begynner å nå pelletsen, dreier du LED-kanylen manuelt med fjernkontrollen for å få en kontinuerlig stimulering for tiden atferden utføres i ikke mer enn to sekunder. Stimuleringsenheten utløser en LED på 470 nanometer med intensitet på spissen av en milliwatt per millimeter kvadrat. Dyrets fine motoriske oppførsel under optogenetiske manipulasjoner ble studert med reach-to-grasp-oppgaven.Musene lærte å utføre oppgaven om et par dager og oppnådde mer enn 55% nøyaktighet, og nådde et platå etter fem dager med trening. Bevegelsenes bane ble sporet med høyhastighets videografi, noe som gjorde det mulig å analysere kinematikk. Den kvantifiserbare vurderingen av parametere som tilbakelagt distanse, hastighet, akselerasjon, endepunkt og bane ble utført.I de tapte forsøkene startet musene gripebevegelsen lenger unna pelletsen enn de treffende forsøkene. I tillegg var feil signifikant forbundet med musestillingen, vist av forskjeller i kroppsvinkelen under treff og tapte forsøk. Den kontralaterale aktiveringen av D1 dopamin som uttrykker spiny projeksjon nevroner, eller SPNer, reduserte gripesuksess sammenlignet med kontrollforholdene.Under en optogenetisk stimulering økte potebanen i reiseavstanden, noe som førte til manglende evne til å målrette pelletsen og en økning i første feiltype en. Prinsippkomponentanalyse, eller PCA, viste at alle forsøksbaner under kontralateral D1 SPNs aktivering separert i en klynge med nesten ingen overlapping med kontrollklyngen, noe som indikerer lav likhet. Aktivering av DSPN-ene på den ipsilaterale siden førte til en økning i banespredning vist ved PCA-analyse.Derfor endret den ipsilaterale D1 SPNs aktivering den nånde banen uten å endre atferdsresultatet. Når du utfører denne protokollen, må du passe på å plassere kanylen riktig slik at den ikke løsner under treningsøkter. Denne metoden kan brukes i andre atferdsparadigmer for å studere motorisk oppførsel, sensorisk behandling, læring og minne.Trådløs optogenetikk vil tillate å studere naturalistisk oppførsel og dens nevrobiologiske understøttelser i virkelig frittflytende.

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 av Escape Behavior 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 

En metode for High Fidelity optogenetic kontroll av enkeltPyramideFormet Neuroner<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 av gnagere sentralnervesystemet

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 

En Prosedyre for Implantere en Spinal Chamber for Longitudinal<em&gt; I Vivo</em&gt; Imaging av 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 Disseksjon av Fear kretser i hjernen 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 Entrainment av hippocampus Theta svingninger i oppfører seg 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 larver atferd som svar til Optogenetic stimulering av Olfactory nerveceller

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 

I Vivo Målrettet uttrykk for Optogenetic proteiner med silke/AAV filmer

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 kalsium Imaging av Learning-indusert Synaptic plastisitet 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 manipulering funksjonelt spesifikke nevrale veier i det menneskelige motorsystemet med transkraniell magnetisk stimulering

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