منظار صغير يسجل إشارات الكالسيوم في الحصين للفئران التي تتنقل في عمود الرائحة

يهدف بحثي إلى فهم كيفية معالجة الدماغ للمعلومات الشمية والمكانية. ونحن نحاول فهم دور الخلايا العصبية CA1 في الحصين في الملاحة ذات أعمدة الرائحة. حاليا ، تم استخدام تقنية التسجيلات المتحركة بحرية للخلايا العصبية باستخدام المجاهر المصغرة لتعزيز البحث في هذا المجال.

وجدنا أنه من الممكن فك تشفير مسار الفأر الذي يتنقل في عمود الرائحة بناء على الخلايا العصبية وإشارات الكالسيوم في CA1 الظهري. تجمع هذه التقنية بين مزايا تقنية المنظار المصغر لتسجيل إشارات الكالسيوم GCaMP مع الصف الراسخ للملاحة المكانية للحصين CA1. لفهم كيفية دفع الدوائر العصبية للسلوكيات المعقدة بشكل أفضل ، سوف نحقق في كيفية ضعف التنقل بين عمود الرائحة في نموذج الفأر لمرض الزهايمر مع وظيفة الحصين CA1 غير الطبيعية.

للبدء ، قم ببناء غرفة بجدارين من الأكريليك ، وسقف أكريليك ، وأرضية من البولي فينيل كلوريد واسعة الموسعة. يجب أن يسهل الجداران الفريدان الآخران في الأمام والخلف تدفق الهواء. ضع أربع مجموعات من مصادر الرائحة المقترنة بفوهات توصيل المياه على بعد 10 سم على طول المحور X.

قم بتركيب كاميرا رقمية سريعة فوق الساحة لمراقبة سلوك. استخدم كود python مخصص لإدارة أجهزة ساحة الرائحة، ويقوم البرنامج بدمج الكاميرا وجميع الأجهزة لإعداد التجربة. قم بإعداد الكاميرا الرقمية لتصدير إشارة الساعة عند تسجيل إطارات الفيديو للمزامنة اللاحقة مع المنظار المصغر.

ضع كاشف التأين الضوئي المصغر سريع الاستجابة ، أو PID ، بالقرب من مصدر الرائحة ، وضع كاشف آخر على بعد 10 سنتيمترات. قم بتغيير مفتاح الكسب على اللوحة الأمامية لوحدة التحكم PID إلى موضع X خمسة. ثم قم بتغيير مفتاح المضخة على اللوحة الأمامية لوحدة التحكم PID إلى الموضع العالي.

تحقق من الصمام الثنائي الباعث للضوء أو مصباح حالة LED على اللوحة الأمامية لوحدة التحكم للتأكد من أن خرج المستشعر يظهر جهدا صفريا في حالة عدم وجود الروائح. قم بتبديل إزاحة مقياس الجهد إلى الصفر ، وخرج الجهد في حالة عدم وجود روائح ، وقم بتشغيل صمام الرائحة في ساحة الرائحة. قم بقياس التأخير في اكتشاف عمود الرائحة باستخدام PID في كل موقع بعد فتح الصمام.

للبدء ، قم بإعداد الغرفة والكاميرا وكاشف التأين الضوئي أو مستشعرات PID للتجربة. لتدريب الماوس ، ادفعه بالانتقال إلى الجزء الخلفي من الساحة. بعد وصول الماوس إلى الخلف ، قم بتوصيل الرائحة والماء يدويا في حارة عشوائية ، ودع الماوس يحدد المصدر ويشرب الماء.

بمجرد أن يتعلم الماوس بدء التجارب ، قم بالتبديل إلى البرنامج الآلي لتوصيل الرائحة. في مهمة التنقل في الرائحة ذات المسارين ، حدد بشكل عشوائي أحد منفذي الرائحة لتوصيل الرائحة. وكافئ الماوس بالماء عندما يصل إلى صنبور الماء الصحيح ، وقم بإصلاح الماوس وضع المنظار المصغر أعلى لوحة القاعدة باستخدام مناور صغير.

شد برغي الضبط لتأمين المنظار المصغر. اضبط عدسة التبول الكهربائي للعثور على المستوى البؤري الأمثل ، مما يضمن أكبر عدد من الخلايا بأعلى كثافة مضان للحصول على النطاق الديناميكي الأمثل ، استخدم CA1 الظهري واربط فأرة واحدة من طراز GCaMP ستة درجات F ، واضبط طاقة المنظار المصغر على حوالي 30٪ بمعدل اكتساب 30 هرتز.

حرر الماوس داخل ساحة الرائحة مع توصيل المنظار المصغر بلوحة القاعدة. ابدأ الاستحواذ باستخدام لوحة الواجهة لتسجيل منطق الترانزستور والترانزستور ، أو إخراج TTL للكاميرا الرقمية ، والنطاق المصغر للمزامنة. ابدأ في تسجيل النطاق المصغر والأفلام السلوكية ، وقم بتشغيل البرنامج الآلي لمهمة التنقل في الرائحة ذات الفوهة الثنائية.

ثم قم بمزامنة البيانات الوصفية لساحة الرائحة وإطارات الكاميرا الرقمية المسجلة وإطارات النطاق المصغر باستخدام كود MATLAB synchronize_files_jove.m. باستخدام تصحيح المعيار ، قم بإجراء تصحيح الحركة لإطارات النطاق المصغر المتزامنة. حدد مناطق الاهتمام بإشارات دلتا F × F المتغيرة بمرور الوقت باستخدام المستخلص.

استخدم مجموعة السلوك ومرصد المسار العصبي لتصور السلوك والمناطق ذات الأهمية لكل تجربة منفصلة. زادت استجابة PID بشكل ملحوظ عند إطلاق عمود الرائحة ، مما يشير إلى توقيت توصيل الرائحة. لوحظت العديد من العابرين من الكالسيوم في ظهرية الفأر CA1 أثناء التنقل في الرائحة ، مما يرتبط بأحداث الرائحة ومكافأة الماء.

ارتبطت استجابات الكالسيوم بمراحل مختلفة من مهمة الملاحة ، بما في ذلك بدء التجربة واتخاذ القرار والعودة. تم فك تشفير المسار المكاني للفأر من إشارات الكالسيوم ، مما يكشف عن دور CA1 الظهري في رسم خرائط الرائحة والمعلومات المكانية.