$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. الدماغ شريحة إعداد
- تخدير الفئران المعدلة وراثيا هي بعمق مع الصوديوم بنتوباربيتال (> 100 ملغ / كغ، والملكية الفكرية) وقطع رأسه بسرعة، وانتزعت أدمغتهم في حل القطع المجمدة والاوكسيجين.
- وتستخدم نظارات GFP لفحص البصر إذا مخ الفأر عن الواقع GFP.
- يتم قطع الفروع القشرية الحسية الجسدية الأولية من 400 ميكرون سميكة مع vibratome في السكروز التي تحتوي على السائل المخي الشوكي الاصطناعي (ACSF). يتم تحضين شرائح 1 في ACSF-السكروز التي تحتوي على لمدة 30 دقيقة إلى 1 ساعة عند 32 ° C، وبعد فترة الحضانة الأولية، ونقل إلى ACSF تسجيل في درجة حرارة الغرفة. في جميع أنحاء الحضانة والتسجيل، وانفجر بشكل مستمر مع شرائح 95٪ O 2 -5٪ CO 2.
2. معدات بدء التشغيل
ويتضح تنفيذ نظام شامل في الشكل 1.
- نظام التبريد بالليزر ومزود الطاقة turneد على، والحصول على استعداد ليزر.
- يتم تشغيل كافة الأجهزة المتصلة بمكافحة ضوئي (بما في ذلك نظام مرآة المسح الضوئي، المغير الضوئي، وهو مصراع الإلكترونية ومكبر للصوت الإدخال الثنائي الضوئي) على.
- تشغيل المعدات الكهربية (بما في ذلك مكبر للصوت ل700B Multiclamp وmicromanipulators) على. تتم التسجيلات الكهربية، ضوئي، والتصوير من الأعمال التحضيرية في شريحة شريحة غرفة نضح شنت على المسرح الآلية من المجهر.
- يتم تشغيل الكاميرا التصوير (Retiga 2000، Q-التصوير، أوستن، تكساس) على. وتصور شرائح المجهر تستقيم مع (BW51X، أوليمبوس) مع الأشعة تحت الحمراء الفرق المقابل تدخل (DIC) وبرنامج التحصين الموسع، الفلورسنت البصريات من خلال نظام التصوير.
- يتم بدء تشغيل برنامج ماتلاب EPHUS القاعدة وQ-برنامج الكاميرا التقاط ما يصل. وهناك نسخة مخصصة معدلة من البرمجيات Ephus (Ephus، متاحة على https://openwiki.janelia.org/ </ A>) يستخدم للسيطرة على بروتوكولات ضوئي والحصول على البيانات ضوئي.
- بعد النظام في وضع التشغيل، ينبغي للمرء أن تحقق لمعرفة ما إذا كان نظام ضوئي بالليزر هو في حالة عمل. كما يتم استخدام المجهر الهدف 4X لتقديم ومضات أشعة فوق البنفسجية لuncaging الغلوتامات، يمكن وضع قطعة من الورق الأبيض تحت لمراقبة نمط المسح الضوئي ليزر في حين أن نظام تشغيل.
3. إنشاء شريحة نضح
- يتم تشغيل نظام نضح الضغط على لتغذية ACSF تسجيل في غرفة شريحة. والحرص على ضمان مستوى ثابت من السوائل 2.0 مم فوق شريحة في القاعة.
- يتم إضافة قسامة من محلول المخزون من MNI-الغلوتامات، في قفص إلى 25 مل من تعميم ACSF لتركيز 0.2 ملم الغلوتامات في قفص. يرجى ملاحظة أن بعد 5-6 ساعات من التجريب، سيتم تحديث الحل حمام وMNI الغلوتامات.
- يتم نقل شريحة الدماغ إلى غرفة تسجيل. يمكن للمرء تشغيل ليالي التصويرystem للتحقق من الجودة وتحديد شريحة تشريحيا المنطقة الحسية الجسدية الأولية. ثم يرتكز على شريحة مع عصابة حسب الطلب البلاتين الوترية. يجب الحرص على عدم وضع مرساة على المنطقة المخصصة للتسجيلات الدماغ.
4. كله خلية التصحيح لقط تسجيل
- يتم سحب أسلاك الزجاج (4-6 المقاومة MΩ) ومليئة حلا الداخلية التي تحتوي على 0،1٪ biocytin لوضع العلامات وتحديد الخلية المورفولوجية.
- لأداء تسجيل التصحيح، وتصور الخلايا في الهدف 60X. وأول من عرف أنواع الخلايا المثبطة واختيارها على أساس التصور التعبير GFP تحت المجهر أوليمبوس DIC / الفلورسنت، و تجرى في وقت لاحق التسجيلات المرئية تحت السيطرة بمساعدة الأشعة تحت الحمراء رصد الفيديو DIC. يرجى ملاحظة أن عدة مرات من التبديل بين أوضاع DIC والفلورسنت ضروري لتأكيد موقع الخلية في حين تقترب GFP القطب إلى الخلية المستهدفة.
- على كسر في، يتم أخذ الصور للخلية في 60X تحت سائط DIC والفلورية للتحقق على الخط. قبل جمع البيانات ضوئي، يتم حقن hyperpolarizing وإزالة إستقطاب البقول الحالي لدراسة خصائص كل خلية في الكهربية الأساسية.
- وتتحقق مرة واحدة مستقرة تسجيلات خلية كاملة مع المقاومة وصولا جيدا (عادة <20 MΩ)، يتم فيها تشغيل المجهر الهدف من 60X إلى 4x ضوئي ليزر المسح. ويتم الحصول على صورة شريحة 4x وسوف تستخدم لتوجيه وتسجيل مواقع ضوئي.
5. الليزر هيئة السلع التموينيةnning ضوئي
- يتم تعيين المعلمات اقتناء ضوئي والبيانات من خلال تفعيل وحدة التبديل تكوين Ephus. عادة، يتم استخدام الليزر 1 مللي ثانية (20 ميغاواط) مع فاصل زمني التحفيز من 1 ثانية لرسم خرائط ضوئي. يتم الحصول على البيانات من 1 ثانية آثار عينات في 10 كيلوهرتز.
- يتم تحميل صورة شريحة 4X داخل الوحدة النمطية معين من Ephus. ويعرف موقع سوما الخلية، ويتم تعيين مواقع ضوئي من نمط 16X16 (80 ميكرومتر ميكرومتر تباعد X 80) في كل أنحاء موقع الخلية، التي تغطي جميع الطبقات القشرية.
- يتم تعيين الملف استثارة الخلايا العصبية سجلت عن طريق فحص المواقع ارتفاعه ردا على ضوئي في وضع المشبك الحالي. لدينا برنامج إلكتروني سهل الاستخدام مع ميزات عرض على الانترنت يسهل التجارب رسم الخرائط.
- يتم تعيين الدائرة المحلية اتصالات مثير من خلال الكشف عن التيارات بعد المشبكي مثير (EPSC) من الخلية بينما سجلت الليزر المسح الضوئي في مختلفالمواقع. يقام الخلية في -70 بالسيارات في وضع المشبك الجهد للكشف عن التيارات مثير الداخل. وتتكرر الخرائط EPSC 2-3 مرات مع استدارة أو انعكاس ضوئي نمط.
- اختياري: الدائرة المحلية اتصالات المثبطة يمكن تعيينها أيضا من خلال الكشف عن التيارات بعد المشبكي المثبط (IPSC) من الخلية مسجل عقد في وثيقة إلى 0 بالسيارات في وضع المشبك الجهد للكشف عن التيارات المثبطة الخارج. ملاحظة أنه من الأفضل استخدام القطب الكهربائي الحل الداخلي مع البوتاسيوم السيزيوم استبدال لرسم خرائط IPSC.
- بعد الانتهاء من جميع المقايسات الفسيولوجية، تتم إزالة بلطف القطب من الخلية مسجل. يتم أخذ شريحة من الدماغ وإصلاحها في بارافورمالدهيد 4٪ بين عشية وضحاها. اتسخت الخلايا سجلت ضد biocytin. يتم فحص شكل الخلية مع المجهري متحد البؤر أو الفلورسنت برنامج التحصين الموسع، وهو ما يؤكد أيضا أن كل خلية هي في الحقيقة سجلت عصبون، معربا عن GFP استهدفت في الأصل.
6. Photostimulatأيون تحليل البيانات
يتم تطبيق منهجية تم تطويرها حديثا لدينا وتنفيذ البرامج 11 إلى كشف وقياس الأحداث ضوئي-أثار متشابك في خرائط البيانات الخام. كما يتضح في الشكل 2، هي التي شيدت مرمزة الخرائط لتوضيح نمط متشابك من المدخلات إلى الخلايا العصبية المسجلة.
7. ممثل النتائج:
وتظهر النتائج مثال على تسجيل الكهربية ورسم الخرائط ضوئي في الشكل 2. واستهدفت تسجيلات من أنواع الخلايا المثبطة محددة ممكن باستخدام الفئران المعدلة وراثيا معربا عن GFP في أنواع الخلايا المثبطة المعروفة. نظرا لتنوع interneurons المثبطة، يتم الجمع بين تحليلات التعبير GFP، الكهربية الذاتية والصفات المورفولوجية (الشكل 2A) للوصول إلى التصنيف النهائي الخلية نوع. الرقم 2B-C توضيح أن ضوئي ليزر المسح يسمح لرسم خرائط واسعة من cortic المحليةشركة اتصالات الدائرة لالخلايا العصبية المثبطة واحد. يظهر مخطط البيانات الخام في الشكل 2C. ويستثنى من الردود uncaging مباشرة من تحليل البيانات (الشكل 2C). الخرائط الإدخال الكمي ومرمزة، هو موضح في الشكل 2D-F. تلقت سبيل المثال سريع التشويك المثبطة interneurons قوية مدخلات متشابك مثير (EPSCs) من طبقة 4 و الطبقات العميقة. عن طريق ربط المنظمة الخلية المدخلات متشابك لمسارات محددة القشرية، ونحن قادرون على استنتاج دورها ممكن (على سبيل المثال، وردود الفعل وتثبيط feedforward) في معالجة المعلومات القشرية.

الشكل 1. الأجهزة العامة نظام ليزر ضوئي المسح. لدينا نظام التحكم الشامل يتكون من ضوئي، تصوير الفيديو، وأنظمة تسجيل الكهربية. اعتمدنا في تصميم نظام LSPS سبق وصفها 7،17. يتم استخدام وحدة لتوليد الليزر 355 نانومتر الأشعة فوق البنفسجية لاسإيه لuncaging الغلوتامات. يتم توجيه شعاع الليزر من خلال مسار بصري لنظامنا. يتم التحكم باستخدام المغير الكهربائية الضوئية (أي pockels الخلية) ومفتاح ميكانيكي - فترات قصيرة من ومضات ليزر (3 مللي سبيل المثال، 1). شعاع الليزر الطاقة عن طريق التضمين عجلة التدرج الكثافة محايدة ورصد من خلال تحويل جزء صغير من شعاع الليزر مع ساترة الزجاج إلى الثنائي الضوئي. نظام المسح الضوئي ليزر يتضمن زوج من المرايا XY المسح، مسح العدسة، العدسة أنبوب، وعدسة الهدف. المرايا تسليم شعاع الليزر من خلال عدسة المسح الضوئي، ثم يدخل شعاع المجهر عبر مرآة مزدوج اللون ويتركز بواسطة عدسة مصنوعة خصيصا أنبوب الأشعة فوق البنفسجية الإرسال. شعاع underfills الفتحة الخلفي من الهدف المجهر لتوفير مزيد من عمودي (في مقابل المخروطية) إلقاء الضوء شعاع، والحفاظ على رسم الخرائط ثنائية الأبعاد وممكن عن طريق الحد من القرار المحوري. في إطار الهدف 4X، شعاع الليزر تشكل البقع uncaging، كل approximatiنانوغرام لمحة جاوس مع عرض من 153 ميكرومتر أفقيا في المستوى البؤري (انظر إدراج). ويمكن تحقيق العديد من المناصب تحفيز الليزر من خلال المرايا الجلفانومتر يحركها المسح XY، والمرايا وفتحة الخلفي من الهدف في الطائرات المتقارن، ترجمة مواقع مختلفة في مرآة مواقع المسح في الطائرة عدسة الهدف التنسيق. خلال uncaging، يتم تحفيز عدد متغير من نمط المواقع التي تغطي المجال الكامل بالتتابع في nonraster، اعشوائي تسلسل لتجنب إعادة النظر في محيط مواقع حفز مؤخرا. يرجى الرجوع إلى شو وآخرون (2010) للحصول على معلومات أكثر تفصيلا.

الشكل 2. رسم الخرائط المحلية الاتصالات الدائرة مثير لعصبون السريعة التشويك، معربا عن GFP في طبقة القشرة 4 من الماوس الحسية الأولية. A1 و A2 عرض الصور وDIC الفلورسنت GFP للخلية المستهدفة تحت 60Xالهدف في شريحة الدماغ المعيشة، في حين A3 يبين شكل الخلية التي كشفت عنها تلطيخ biocytin في شريحة، بعد تسجيل الثابتة. A4 يوضح أنماط إطلاق الخلية GFP مسجل، سمة من عصبون السريعة التشويك المثبطة، واستجابة لحقن الحالي intrasomatic من نقاط القوة مختلفة. B تظهر صورة شريحة فرضه مع 16 موقعا ضوئي بسرعة x16 (*). يشار إلى موقع الخلية بواسطة دائرة حمراء صغيرة. C يظهر مجموعة من آثار استجابة ضوئي-أثار من المواقع التحفيز هو مبين في B، بينما عقدت خلية في -70 بالسيارات للكشف عن التيارات مثير الداخل. ويوضح أشكال مختلفة من الاستجابات ضوئي من آثار في مواقع 1 و 2، والذي يتم توسيع وتظهر بشكل منفصل في إدراج. تتبع 1 هو مثال للردود مباشرة (المشار إليها بواسطة رؤوس سهام الحمراء) إلى الغلوتامات uncaging على جسم الخلية والتشعبات promximal. آثار أخرى في 2 أمثلة نموذجية من متشابك مثير فيوضع استجابات (الأزرق). ويمكن تمييز الاستجابات المباشرة والمدخلات متشابك من سعة والإختفاء الاستجابة. D، E و F هي خرائط ملونة (16X16 المواقع) من متوسط السعة EPSC، الأرقام EPSC، وأول الكمون EPSC الكشف في الموقع، على التوالي، للبيانات الخام هو مبين في الخريطة C. اتساع المدخلات المتوسط من كل موقع التحفيز هو السعة متوسط EPSCs في إطار التحليل، مع استجابة عفوية خط الأساس تطرح من الاستجابة ضوئي من نفس الموقع. كما يتم قياس عدد EPSCs ووقت الوصول أو الكمون من EPSC أول اكتشاف في الموقع وتآمر. يرجى الرجوع إلى (شي وآخرون، 2010) لمزيد من التفاصيل.