هنا ، نقدم بروتوكولا لإجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في الدماغ الأمامي الظهري لسمك الزرد البالغ.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
هنا ، نقدم بروتوكولا لإجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في الدماغ الأمامي الظهري لسمك الزرد البالغ.
يظهر الزرد البالغ (Danio rerio) ذخيرة غنية من السلوكيات لدراسة الوظائف المعرفية. لديهم أيضا دماغ مصغر يمكن استخدامه لقياس الأنشطة عبر مناطق الدماغ من خلال طرق التصوير البصري. ومع ذلك ، كانت التقارير حول تسجيل نشاط الدماغ في سلوك الزرد البالغ نادرة. تصف الدراسة الحالية إجراءات إجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في الدماغ الأمامي الظهري لسمك الزرد البالغ. نحن نركز على خطوات لمنع أسماك الزرد البالغة من تحريك رؤوسها ، مما يوفر الاستقرار الذي يتيح التصوير بالليزر لنشاط الدماغ. يمكن للحيوانات المقيدة الرأس تحريك أجزاء أجسامها بحرية والتنفس دون مساعدات. يهدف الإجراء إلى تقصير وقت جراحة تقييد الرأس ، وتقليل حركة الدماغ ، وزيادة عدد الخلايا العصبية المسجلة. يتم أيضا وصف الإعداد لتقديم بيئة بصرية غامرة أثناء تصوير الكالسيوم هنا ، والذي يمكن استخدامه لدراسة الارتباطات العصبية الكامنة وراء السلوكيات المحفزة بصريا.
كان التصوير الفلوري للكالسيوم باستخدام مؤشرات مشفرة وراثيا أو أصباغ اصطناعية طريقة قوية لقياس النشاط العصبي في الحيوانات التي تتصرف ، بما في ذلك الرئيسيات غير البشرية والقوارض والطيور والحشرات1. يمكن قياس نشاط مئات الخلايا ، حتى حوالي 800 ميكرومتر تحت سطح الدماغ ، في وقت واحد باستخدام التصوير متعدد الفوتون 2,3. يمكن أيضا قياس نشاط أنواع معينة من الخلايا عن طريق التعبير عن مؤشرات الكالسيوم في مجموعات الخلايا العصبية المحددة وراثيا. يفتح تطبيق طريقة التصوير لنماذج الفقاريات الصغيرة إمكانيات جديدة في مجال حساب الخلايا العصبية عبر مناطق الدماغ.
الزرد هو نظام نموذجي يستخدم على نطاق واسع في أبحاث علم الأعصاب. تم استخدام يرقات الزرد في حوالي 6 أيام بعد الإخصاب لتصوير الكالسيوم بسبب دماغها المصغر وجسمها الشفاف4. تستخدم أسماك الزرد اليافعة (3-4 أسابيع) أيضا لدراسة الآليات العصبية الكامنة وراء المسارات الحسيةالحركية 5،6. ومع ذلك ، يتم الوصول إلى مستوى الأداء الأقصى للسلوكيات المعقدة ، بما في ذلك التعلم الترابطي والسلوكيات الاجتماعية ، في سنأكبر 7,8. وبالتالي ، يلزم وجود بروتوكول موثوق لدراسة الوظائف المعرفية المتعددة في أدمغة الزرد البالغ باستخدام طرق التصوير. في حين أن يرقة الزرد وصغار الزرد يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ من الأغاروز للتصوير في الجسم الحي ، فإن الزرد البالغ في عمر 2 أشهر أو أكثر يعاني من نقص الأكسجة في مثل هذه الظروف ويكون قويا جسديا بحيث لا يمكن تقييده بواسطة الأغاروز. لذلك ، يلزم إجراء عملية جراحية لتثبيت الدماغ وتمكين الحيوان من التنفس بحرية من خلال الخياشيم.
هنا ، نصف بروتوكول مسند الرأس الذي يتضمن تصميما جديدا لقضيب رأس واحد. وقت الجراحة المنخفض البالغ 25 دقيقة هو ضعف سرعة الطريقة السابقة9. نصف أيضا تصميم غرفة التسجيل (خزان شبه سداسي) ، ومرحلة الرأس وآلية القفل السريع للجمع بين الجزأين9. أخيرا ، يتم أيضا وصف الإعداد لتقديم حافز بصري غامر لدراسة نشاط الدماغ والسلوكيات التي يتم تشغيلها بصريا. بشكل عام ، يمكن استخدام الإجراءات الموضحة هنا لإجراء تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون في مجموعات الخلايا المحددة وراثيا في أسماك الزرد البالغة المقيدة بالرأس ، مما يتيح التحقيق في أنشطة الدماغ خلال النماذج السلوكية المختلفة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على جميع الإجراءات الحيوانية وتنفيذها وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوان في Academia Sinica. يمكن العثور على تفاصيل أدوات البحث في جدول المواد.
1. إعداد غرفة التسجيل

الشكل 1: الأدوات اللازمة لجراحة مسند الرأس. (أ) آلية القفل السريع بين الصفيحة الدائرية لمرحلة الرأس ولوحة القاعدة داخل الخزان شبه السداسي. يمكن العثور على ملفات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) للأجزاء المصنوعة حسب الطلب في الملفات التكميلية 1-4. (ب) قضيب رأس على شكل Ω لمسند الرأس. (ج) المناور الدقيق ثلاثي المحاور المستخدم لوضع قضيب الرأس في موقع الملحق. أقحم: اتجاه شريط الرأس في الطين. د: مدفع لحمل السمكة أثناء الجراحة. أقحم: اتجاه الأسماك داخل المدفع. (ه) وحدة تحميل الأسماك والمناور الدقيق المستخدم لتحميل الأسماك على مرحلة الرأس. أقحم: اتجاه الأسماك داخل الوحدة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. جراحة مسند الرأس

الشكل 2: الخطوات الرئيسية أثناء جراحة تقييد الرأس. أ: تركيب الكبسولة داخل المدفع. ب: مواقع التعلق على الجمجمة (حمراء). تحدد الأسهم الحمراء مواقع الأوعية الدموية. (ج) الجزء العلوي: قضيب رأس متصل بجمجمة السمكة. القاع: الأسماك المحملة على مرحلة الرأس. د: الجروح اللازمة لإزالة الجلد فوق الدماغ الأمامي. تشير الأرقام إلى تسلسل القطع. تجنب إزالة الجلد في الموقع المحدد (رأس السهم) لمنع نزيف الحيوان. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. التصوير ثنائي الفوتون

الشكل 3: الإعداد لإجراء تصوير الكالسيوم، وتسجيل السلوك، وعرض المثير البصري . (أ) تقدم ثلاثة أجهزة عرض مثيرا بصريا على جدران الخزان شبه السداسي. تستخدم مصابيح الأشعة تحت الحمراء على الجانب لإضاءة جسم الزرد. (ب) وضع العدسة الموضوعية. اليسار: منظر أمامي. اليمين: منظر جانبي. تبلغ المسافة بين العدسة الشيئية 16x ومنطقة الدماغ المستهدفة حوالي 2.5 مم. (ج) مثال على صورة ثنائية الفوتون. اليسار: أقصى إسقاط للدماغ الأمامي الظهري بأكمله في Tg [neuroD: GCaMP6f]. على اليمين: صورة مكبرة للكشف عن الخلايا العصبية عبر مناطق متعددة من الدماغ. أقحم: تكبير أعلى من منطقة مختلفة من الدماغ. الصور هي متوسطات 10 ثوان من البيانات المسجلة عند 5 هرتز. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتكون البروتوكول من جزأين: جراحة تقييد الرأس وتصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون للأنشطة العصبية في الدماغ الأمامي. يتم تعريف نجاح الجراحة من خلال بقاء الحيوان واستقرار مسند الرأس. يمكن تحسين معدل البقاء على قيد الحياة بشكل كبير عن طريق التروية المتكررة لمحلول TMS بنسبة 0.01٪ عن طريق الفم أثناء الجراحة. يجب أن تتعافى الأسماك من التخدير وتتنفس بنشاط في غضون 1-2 دقيقة بعد غمرها في مياه حوض الأسماك. يتيح تصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون تسجيل نشاط الخلايا العصبية الفردية في الدماغ الأمامي الظهري على عمق يصل إلى 200 ميكرومتر من سطح ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
هنا ، نصف بروتوكولا مفصلا لتقييد رأس الزرد البالغ لتصوير الكالسيوم ثنائي الفوتون. هناك خطوتان حاسمتان لتحقيق مسند رأس مستقر بدرجة كافية للتصوير بالمسح الضوئي بالليزر. أولا ، يجب لصق شريط الرأس على مواقع التعلق المحددة للجماجم. غالبا ما تكون الأجزاء الأخرى من الجمجمة رقيقة جدا بحيث لا توفر الاستقرار الميكانيكي وقد تنكسر أثناء حركات الجسم القوية. ثانيا ، يجب إزالة الجلد الموجود فوق مواقع التعلق تماما. يجب أيضا تجفيف المياه المتبقية جيدا. هذا يسمح للجمجمة بالارتباط بإحكام بغراء الأنسجة. يتم توفير جدول يسرد المشاكل المحتملة ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس لهما مصالح مالية متنافسة.
تم دعم هذا العمل من قبل معهد البيولوجيا الجزيئية ، Academia Sinica ، والمجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا ، تايوان. ساعد متجر الآلات في معهد الفيزياء ، أكاديميا سينيكا في تصنيع أجزاء مصممة خصيصا. نود أيضا أن نشكر P. Argast (معهد فريدريش ميشر للبحوث الطبية الحيوية ، بازل ، سويسرا) على تصميم آلية القفل السريع لمرحلة الرأس.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| بطاقة الاستحواذ | MBF علوم حيوية | Vidrio vDAQ | المجهر |
| فيلم العرض الخلفي | كيموتو | شاشة ديلاند - GSK | المنبه البصري الحالي |
| مرشح تمرير النطاق (510/80 نانومتر) | الكروما | ET510/80m | المجهر |
| لوحة الأساس للخزان شبه السداسي | صنع خصيصا | انظر الملفات الإضافية | غرفة التسجيل |
| فلتر الكاميرا (< 875 نانومتر) | إدموند ببتيكس | #86-106 | تسجيل السلوك |
| فلتر الكاميرا (>700 نانومتر) | إدموند ببتيكس | #43-949 | تسجيل السلوك |
| عدسة الكاميرا | ثورلابز | MVL50M23 | تسجيل السلوك |
| رؤية الحرباء-S | متماسك | رؤية-إس | الليزر |
| لوحة دائرية للمرحلة الرأسية | صنع خصيصا | انظر الملفات الإضافية | غرفة التسجيل |
| وحدة تحكم لمحرك البيزو | Physik Instrumente | E-665. CR | المجهر |
| المضخم الحالي | ثورلابز | TIA60 | المجهر |
| إيليدنت Q-6 | رولنس إنتربرايز | س-6 | الجراحة: مصباح UV |
| فلتر الانبعاث 510/80 نانومتر | الكروما | ET510/80m | المجهر |
| قضيب الرأس | صنع خصيصا | انظر الملفات الإضافية | غرفة التسجيل |
| الضوء تحت الأحمر | ثورلابز | M810L3 | تسجيل السلوك |
| جهاز عرض LED | AAXA | جهاز عرض P2B LED Pico | المنبه البصري الحالي |
| منديل ورقي رطب (كيم وايب) | علوم كيمتيك | 34155 | الجراحة: نسيج ورقي رطب |
| مرحلة العينة الآلية XY | زابر | X-LRM050 | المجهر |
| مرشحات الكثافة المحايدة (50٪ نقل) | ثورلابز | NE203B | المنبه البصري الحالي |
| &أوسلاش؛ حامل أعمدة بحجم نصف بوصة | ثورلابز | PH1.5V | الجراحة: أنبوب مجوف للمدفع |
| &أوسلاش؛ عمود بصري من الفولاذ المقاوم للصدأ بحجم 1/2 بوصة | ثورلابز | TR150/M | الجراحة: وحدة تحميل الأسماك |
| عدسة الهدف 16x، 0.8NA | نيكون | CF175 | المجهر |
| طين النمذجة المعتمد على الزيت | لي هسين كلاي | C4086 | الجراحة: حامل قضيب الرأس |
| لاصق بصري | منتجات نورلاند | NOA68 | الجراحة: غراء قابل للشفاء بالأشعة فوق البنفسجية |
| أنبوب مضاعف ضوئي | هاماماتسو | H11706P-40 | المجهر |
| مشغل بيزو | Physik Instrumente | P-725.4CA PIFOC | المجهر |
| خلية بوكلز | الشكل البصري | M350-80-LA-BK-02 | المجهر |
| مرشح ريد راتن (> 600 نانومتر) | إدموند ببتيكس | #53-699 | المنبه البصري الحالي |
| نظام المسح الرنين الجالفو | INSS | RGE-02 | المجهر |
| مشبك الزاوية القائمة ل و أوسلاش؛ عمود 1/2" | ثورلابز | RA90/M | الجراحة: وحدة تحميل الأسماك |
| المشبك الدوار ل & Oslash; عمود 1/2" | ثورلابز | SWC/M | الجراحة: وحدة تحميل الأسماك |
| ScanImage | MBF علوم حيوية | النسخة الأساسية | المجهر |
| خزان نصف سداسي | صنع خصيصا | انظر الملفات الإضافية | غرفة التسجيل |
| سوبر-بوند سي & مجموعة B | شركة صن ميديكال | سوبر-بوند سي & B | الجراحة: أسمنت الأسنان |
| تريكائين ميثان سلفونات | سيغما ألدريتش | E10521 | الجراحة: مخدر |
| كاميرا USB | FLIR | BFS-U3-13Y3M-C | تسجيل السلوك |
| فيتبوند | 3M | 1469SB | الجراحة: غراء الأنسجة |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن