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

Bu çalışma UNAM-PAPIIT projesi IA203520 tarafından desteklenmiştir. IFC hayvan tesisine, fare kolonilerinin bakımı konusundaki yardımları ve BT desteği için hesaplama birimine, özellikle Francisco Perez-Eugenio'ya teşekkür ederiz.

Hayvan kullanımını içeren prosedürler yerel ve ulusal kılavuzlara uygun olarak yürütülmüş ve ilgili Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (Hücresel Fizyoloji Enstitüsü IACUC protokolü VLH151-19) tarafından onaylanmıştır. Mevcut protokolde 27, 35-40 gün postnatalC57BL/6 arka planlı Drd1-Cre transgenik erkek fareler kullanıldı. Fareler aşağıdaki koşullar altında tutuldu: sıcaklık 22±1 ° C; nem% 55; ışık programı 12/12 saat ışıklar akşam 7'de söndü...

<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>

İyi tanımlanmış davranışsal paradigmalarda nöronal popülasyonların optogenetik manipülasyonunun kullanılması, motor kontrolün altında yatan mekanizmalar hakkındaki bilgilerimizi ilerletmektedir 7,23. Kablosuz yöntemler özellikle birden fazla hayvan üzerinde test veya serbest dolaşım gerektiren görevler için uygundur34,35. Bununla birlikte, teknikler ve cihazlar rafine edildiğinden, ...

Motor yetenekli davranış, tarafımızdan gerçekleştirilen çoğu hareket sırasında mevcuttur ve çeşitli beyin bozukluklarında etkilendiği bilinmektedir 1,2,3,4,5,6. Yetenekli hareketlerin gelişimini, öğrenimini ve performansını incelemeye izin veren görevlerin uygulanması, özellikle beyin hasarı, nörodejeneratif ve nörogelişimsel bozukluklar modellerinde motor fonksiyonun nörobiyolojik temellerini anlamak için çok önemlidir 2,7,8,9,10,11,12,13 . Nesnelere ulaşmak ve onları geri almak, günlük yaşam eylemlerinde rutin olarak yapılır ve erken gelişim sırasında edinilen ve daha sonra 5,6 yılları boyunca rafine edilen ilk motor becerilerden biridir. Nesnenin özelliklerinin algılanması, hareket planlaması, eylem seçimi, hareket yürütme, vücut koordinasyonu ve hız modülasyonu7,14,15,16 gibi duyusal-motor süreçler gerektiren karmaşık bir davranışı içerir. Bu nedenle, tek manuel yüksek el becerisi görevleri, her iki yarımkürenin birçok beyin yapısının katılımını gerektirir 16,17,18,19,20,21,22. Farelerde, tek pelet kavrama ulaşma görevi, ayrı ayrı kontrol edilebilen ve analiz edilebilen birkaç aşama için karakterize edilir 7,13,23. Bu özellik, edinim ve davranış performansının farklı aşamalarında spesifik nöronal alt popülasyonların katkısını incelemeye izin verir ve motor sistemlerin ayrıntılı çalışmaları için bir platform sağlar13,23,24. Hareket birkaç saniye içinde gerçekleşir; Bu nedenle, yetenekli motor yörüngesi 7,25'in farklı aşamalarında kinematik analiz için yüksek hızlı videografi kullanılmalıdır. Videolardan vücut duruşu, yörünge, hız ve hata türü25 dahil olmak üzere çeşitli parametreler çıkarılabilir. Kinematik analiz, kablosuz optogenetik manipülasyon 7,23 sırasında ince değişiklikleri tespit etmek için kullanılabilir.
Kablosuz kafaya monte edilmiş bir sistem aracılığıyla ışık iletmek için minyatür ışık yayan diyotların (LED'ler) kullanılması, hayvan görevi yerine getirirken uzaktan optogenetik kontrole sahip olmayı mümkün kılar. Kablosuz optogenetik kontrolör, bir uyarıcıdan gelen tek darbeli veya sürekli tetikleme komutlarını kabul eder ve minyatür LED 23,26'ya bağlı bir alıcıya kızılötesi (IR) sinyaller gönderir. Mevcut protokol, bu kablosuz optogenetik yaklaşımı, ince motor davranışın performansı sırasında spesifik nöronal popülasyonların rolünü incelemek için bir el becerisi görevinin yüksek hızlı videografisi ile birleştirmektedir23. Tek manuel bir görev olduğundan, her iki yarımküredeki yapıların katılımını değerlendirmeye izin verir. Geleneksel olarak, beyin vücut hareketini oldukça asimetrik bir şekilde kontrol eder; Bununla birlikte, yüksek el becerisine sahip görevler, ipsilateral çekirdekler ve 10,20,21,22,23 çekirdekleri içindeki nöronal alt popülasyonların diferansiyel katkısı da dahil olmak üzere birçok beyin yapısından dikkatli koordinasyon ve kontrol gerektirir. Bu protokol, her iki yarımküreden subkortikal yapıların ön ayak23'ün yörüngesini kontrol ettiğini göstermektedir. Bu paradigma, diğer beyin bölgelerini ve beyin hastalığı modellerini incelemek için uygun olabilir.

<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

İnce motor becerileri günlük yaşamda esastır ve çeşitli sinir sistemi bozukluklarında tehlikeye girebilir. Bu görevlerin kazanılması ve yerine getirilmesi duyusal-motor entegrasyonu gerektirir ve iki taraflı beyin devrelerinin hassas kontrolünü içerir. Hayvan modellerinde tek elle yapılan davranışsal paradigmaların uygulanması, striatum gibi beyin yapılarının, görevin yerine getirilmesi sırasında kontrol koşullarında ve hastalıkta belirli çekirdeklerin sinirsel aktivitesinin manipülasyonuna ve kaydedilmesine izin verdiği için karmaşık motor davranışa katkısının anlaşılmasını geliştirecektir. 
Kuruluşundan bu yana, optogenetik, nöronal popülasyonların seçici ve hedefli aktivasyonunu veya inhibisyonunu sağlayarak beyni sorgulamak için baskın bir araç olmuştur. Optogenetiğin davranışsal tahlillerle kombinasyonu, spesifik beyin fonksiyonlarının altında yatan mekanizmalara ışık tutmaktadır. Minyatür ışık yayan diyotlara (LED'ler) sahip kablosuz başa monte sistemler, tamamen serbest hareket eden bir hayvanda uzaktan optogenetik kontrole izin verir. Bu, kablolu bir sistemin sınırlamalarının, ışık emisyon verimliliğinden ödün vermeden hayvanların davranışları için daha az kısıtlayıcı olmasını önler. Mevcut protokol, belirli nöronal popülasyonların ince motor davranışa katkısını incelemek için kablosuz optogenetik yaklaşımı yüksek hızlı videografi ile tek manuel bir el becerisi görevinde birleştirmektedir.

Kavrama yeteneği görevi, farklı deneysel manipülasyonlar altında ince beceri hareketinin şekillendirme, öğrenme, performans ve kinematiğini incelemek için yaygın olarak kullanılan bir paradigmadır. Fareler görevi birkaç gün içinde yerine getirmeyi öğrenir ve 5 günlük eğitimden sonra bir platoya ulaşan% 55'ten fazla doğruluk elde eder (Şekil 2A, B). Daha önce bildirilenlere benzer şekilde, hayvanların bir yüzdesi görevi uygun şekilde yerine geti...

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 

Mevcut protokol, serbest hareket eden farelerde yetenekli motor davranışın performansında yer alan nöral devreleri karakterize etmek için tek bir pelet ulaşma-kavrama görevinde yüksek hızlı videografi ile birleştirilmiş kablosuz optogenetiğin nasıl kullanılacağını açıklamaktadır.

İn Vivo Yetenekli Motor Davranışın Kablosuz Optogenetik Kontrolü

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

Mevcut protokol, yetenekli motor davranışın altında yatan beyin mekanizmalarının incelenmesine katkıda bulunmaktadır. Kablosuz optogenetik, denekler serbest dolaşımda bir görevi yerine getirirken belirli nöronların manipülasyonuna izin verir. Yüksek hızlı videografi ile birlikte, ince motor davranışının ayrıntılı bir analizini yapmak mümkündür.Yöntem, nörogelişimsel ve nörodejeneratif bozukluklardaki motor problemlerin anlaşılmasına yardımcı olabilir. Bu teknikler, diğer davranışsal paradigmalarda da beyin fonksiyonlarını incelemek için kullanılabilir. Laboratuvarımdan bir lisans öğrencisi olan Diana Rodriguez-Munoz, deneye yardımcı olacak.Cerrahi prosedürler için, ilgilenilen yapının dorso-ventral koordinatlarına göre istenen uzunlukta bir LED kanül hazırlayarak başlayın. Bunu yapmak için, cam elyafını istenen son boyuttan daha uzun bir uzunluğa kadar kesin ve elyaf ucunu kaba zımpara kağıdı ile hedef uzunluğa kadar öğütün. Ardından, fiber ucu ince zımpara kağıdı ile cilalayın.Mikroenjeksiyonlar için, bir pipeti mineral yağ ile doldurun ve pipeti mikroenjektöre yerleştirin. Bazı mineral yağları enjekte ederek mikroenjektörün doğru çalıştığından emin olun. Daha sonra, anestezi uygulanan fareyi oftalmik bir merhem uygulayarak ve saç derisinden bir düzeltici ve epilasyon kremi ile saç çıkararak ameliyat için hazırlayın.Daha sonra, kafa derisini% 8 povidon iyot ve% 70 etanol içeren pamuklu çubuklarla silin. Sanitizasyondan sonra, fareyi stereotaksik aparata yerleştirin ve kafatasının medial-lateral ve anterior-posterior eksenlerde düzleştirilmesini sağlayarak kafayı sabitleyin. Sagital eksen boyunca göz hizasında kafa derisinden bir santimetrelik bir kesi yapmak için bir neşter kullanın.Ardından, kafatasını açığa çıkarmak için cildi geri çekin ve periostu pamuklu çubuklarla temizleyin. Kafatası yüzeyini tuzlu su çözeltisi ve pamuklu çubuklarla temizleyin ve steril emici göz mızrakları kullanarak yüzeydeki kanamaları çözün. Daha sonra, pamuklu çubukla %2,5'lik bir damla hidrojen peroksit uygulayın ve kafatası dikişlerini görünür kılmak ve daha iyi bir referansa sahip olmak için birkaç saniye boyunca hareket etmesine izin verin.Birkaç saniye sonra, bölgeyi temiz bir pamuklu çubukla iyice temizleyin. 15 mikron nihai uç çapına sahip bir cam pipetle, kafatasının ön-arka eksende düzleştirilip düzleştirilmediğini kontrol etmek için bregma ve lambda'yı bulun. Ardından, kafa derisindeki bir referans noktasını seçilen koordinatların üzerinde bir işaretleyici ile boyayın.Referans noktasında, küçük, yuvarlak bir dental matkap ucu ile düşük ila orta hızda döner bir aletle kafatasına hafif basınç uygulayan bir milimetre çapında bir kraniyotomi gerçekleştirin. İşiniz bittiğinde, kılcal damarı seçilen ön-posterior veya AP ve medial-lateral veya ML koordinatlarına doğru hareket ettirin. Kılcal damarı, CreE'ye bağımlı adeno ilişkili virüsün 300 ila 400 nanolitresi veya AAV1, D-flox channelrhodopsin mCherry gibi AAV ile yükleyerek ilgilenilen bölgedeki channelrhodopsin eksprese edin.Bir AAV, muhabir proteinini eksprese etmek için bir kontrol olarak kullanılabilir. Ucun tıkanmadığından emin olduktan sonra, cam pipeti beyinde dorso-ventral eksi 3.35 milimetre koordinatlarında dorsal-lateral striatumda tanıtın ve saniyede 23 nanolitre hızında otomatik bir enjektör kullanarak virüsün 200 nanolitresini enjekte edin. Dökülmeyi önlemek için cam pipeti yavaşça çekmeden önce enjeksiyondan sonra 10 dakika bekleyin.Ardından, kalıntıları pamuklu çubuklarla temizleyin ve kurutun. Ardından, cam LED kanülü stereotaksik kola takın ve referans olarak bregma kullanarak koordinatları kalibre edin. Ardından, doku hasarını önlemek için kanülü yavaşça yerleştirin ve enjeksiyon bölgesinin 100 mikrometre yukarısına yerleştirin.LED kanül yerleştirildikten sonra, kraniyotominin kenarına 100 mikrolitre doku yapıştırıcısı damlası ekleyin. Kanül konektörünün etrafına azar azar taze hazırlanmış bir diş çimento karışımı uygulamak için steril bir fırça kullanın, kafatası kaplanana ve konektör kafatasına güvenli bir şekilde tutturulana kadar katmanlar oluşturarak pimleri tamamen serbest bırakın. Çimento tamamen kuruduğunda, doku yapıştırıcısı kullanarak implantın etrafındaki cildi kapatın.Ardından, rahatsızlık veya ağrı belirtilerini izlerken fareyi 33 santigrat derecede bir ısıtma yastığı üzerinde bir kurtarma kafesine yerleştirin. Hayvanın davranışını normal bir kamerayla kaydedin ve odanın önünden saniyede 30 ila 60 kare yakalayın. Hayvanın duruşunu izlemek için eğitim odasının altına 45 derecelik bir açıyla bir ayna yerleştirilebilir.Fareler pelet üzerinde ulaşmaya başladığında, davranışın iki saniyeden fazla gerçekleştirilmemesi için sürekli bir stimülasyona sahip olmak için LED kanülü uzaktan kumanda ile manuel olarak çevirin. Stimülasyon cihazı, milimetre kare başına bir miliwatt'ın ucunda yoğunluğa sahip 470 nanometrelik bir LED'i tetikler. Optogenetik manipülasyonlar altındaki hayvanın ince motor davranışı, kavrama yeteneği ile incelenmiştir.Fareler görevi birkaç gün içinde yerine getirmeyi öğrendiler ve% 55'ten fazla doğruluk elde ederek beş günlük eğitimden sonra bir platoya ulaştılar. Hareketlerin yörüngesi, kinematiğin analiz edilmesini mümkün kılan yüksek hızlı videografi ile izlendi. Kat edilen mesafe, hız, ivmelenme, bitiş noktası ve yörünge gibi parametrelerin ölçülebilir değerlendirmesi yapıldı.Kaçırılan denemelerde, fareler kavrama hareketini peletten vuruş denemelerinden daha uzakta başlattılar. Ek olarak, hatalar, vuruş ve kaçırılan denemeler sırasında vücut açısındaki farklılıklarla gösterilen fare duruşuyla önemli ölçüde ilişkiliydi. Dikenli projeksiyon nöronlarını veya SPN'leri eksprese eden D1 dopaminin kontralateral aktivasyonu, kontrol koşullarına kıyasla kavrama başarısını azaltmıştır.Bir optogenetik stimülasyon sırasında, pençe yörüngesi seyahat mesafesinde artmış, bu da peleti hedefleyememeye ve ilk hata tipi birde bir artışa yol açmıştır. İlke bileşen analizi veya PCA, kontralateral D1 SPN'lerin aktivasyonu sırasındaki tüm deneme yörüngelerinin, kontrol kümesiyle neredeyse hiç örtüşmeyen bir kümede ayrıldığını ve bunun düşük bir benzerlik gösterdiğini göstermiştir. DSPN'lerin ipsilateral tarafta aktivasyonu, PCA analizi ile gösterilen yörünge dağılımında bir artışa yol açmıştır.Bu nedenle, ipsilateral D1 SPN'lerin aktivasyonu, davranışsal sonucu değiştirmeden ulaşma yörüngesini değiştirdi. Bu protokolü uygularken, kanülü doğru bir şekilde yerleştirmeye dikkat edin, böylece eğitim oturumları sırasında ayrılmaz. Bu yöntem, motor davranışı, duyusal işlemeyi, öğrenmeyi ve hafızayı incelemek için diğer davranışsal paradigmalarda kullanılabilir.Kablosuz optogenetik, gerçekten serbest hareket eden deneklerde natüralist davranışı ve nörobiyolojik temellerini incelemeye izin verecektir.

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 

Yılında Escape Davranış Optogenetic Uyarım<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 

Bireysel piramidal nöronlar High Fidelity optogenetic Kontrolü için Bir Yöntem<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 

Kemirgen Santral Sinir Sistemi vivo optogenetic Stimülasyon içinde

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 

Boyuna için bir Spinal Odası implantasyon için bir Prosedürü<em&gt; İn Vivo</em&gt; Fare Omurilik Görüntüleme

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 

Beyin Dilimleri Korku Devre Ex Vivo optogenetic Diseksiyon

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 

Hipokampal teta salınımlarını fareler davranışlar içinde Optogenetic sürüklenme

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 

Yanıt koku nöronlar Optogenetic uyarılması olarak Drosophila larva davranışını izlemek

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 

Vivo Optogenetic proteinlerin ipek/AAV filmleri kullanarak hedeflenen ifade

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 

Drosophila melanogaster Öğrenme Kaynaklı Sinaptik Plastisite Vivo Optik Kalsiyum Görüntüleme

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 

Transkraniyal Manyetik Stimülasyon ile İnsan Motor Sisteminde İşlevsel Olarak Spesifik Nöral Yolların Ölçülmesi ve Manipüle Edilmesi

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