In vivo Visualisierung der spontanen Aktivität im sensorischen Kortex von Neonatalen Mäusen mit einer Auflösung von einzelnen Neuronen

Nao Nakagawa-Tamagawa; Takamitsu Egashira; Madhura S. Rao; Hidenobu Mizuno

doi:10.3791/65899

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Methodenartikel

In vivo Visualisierung der spontanen Aktivität im sensorischen Kortex von Neonatalen Mäusen mit einer Auflösung von einzelnen Neuronen

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DOI:

10.3791/65899

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21. November 2023

Nao Nakagawa-Tamagawa^*¹ , Takamitsu Egashira^*²^,³ , Madhura S. Rao²^,³^,⁴ , Hidenobu Mizuno²^,³

¹Department of Physiology, Graduate School of Medical and Dental Sciences, Kagoshima University, ²Laboratory of Multi-Dimensional Imaging, International Research Center for Medical Sciences (IRCMS), Kumamoto University, ³Graduate School of Medical Sciences, Kumamoto University, ⁴Cedars-Sinai Medical Center

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Primäre sensorische Areale im Neokortex zeigen während der Entwicklung einzigartige spontane Aktivitäten. In diesem Artikel wird beschrieben, wie einzelne Neuronenaktivitäten und primäre sensorische Areale visualisiert werden können, um bereichsspezifische synchrone Aktivitäten bei neugeborenen Mäusen in vivo zu analysieren.

Zusammenfassung

Das Gehirn von Säugetieren durchläuft während der pränatalen und postnatalen Periode dynamische Entwicklungsveränderungen sowohl auf zellulärer als auch auf Schaltkreisebene. Nach der Entdeckung zahlreicher Gene, die zu diesen Entwicklungsveränderungen beitragen, ist nun bekannt, dass auch die neuronale Aktivität diese Prozesse wesentlich moduliert. In der sich entwickelnden Großhirnrinde weisen Neuronen synchronisierte Aktivitätsmuster auf, die auf jeden primären sensorischen Bereich spezialisiert sind. Diese Muster unterscheiden sich deutlich von denen, die in der reifen Hirnrinde beobachtet werden, was ihre Rolle bei der Regulierung bereichsspezifischer Entwicklungsprozesse unterstreicht. Defizite in der neuronalen Aktivität während der Entwicklung können zu verschiedenen Erkrankungen des Gehirns führen. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, die Regulationsmechanismen zu untersuchen, die den Aktivitätsmustern in der neuronalen Entwicklung zugrunde liegen. Diese Arbeit fasst eine Reihe von Protokollen zusammen, um primäre sensorische Areale und neuronale Aktivität bei neonatalen Mäusen zu visualisieren, die Aktivität einzelner Neuronen innerhalb der kortikalen Teilfelder mittels Zwei-Photonen-Mikroskopie in vivo abzubilden und teilfeldbezogene Aktivitätskorrelationen zu analysieren. Wir zeigen repräsentative Ergebnisse der Patchwork-artigen synchronen Aktivität innerhalb einzelner Fässer im somatosensorischen Kortex. Wir diskutieren auch verschiedene mögliche Anwendungen und einige Einschränkungen dieses Protokolls.

Einleitung

Die Großhirnrinde umfasst mehrere sensorische Areale mit unterschiedlichen Funktionen. Die Areale erhalten Eingaben, die von den entsprechenden Sinnesorganen ausgehen und meist über das Rückenmark oder den Hirnstamm weitergeleitet und über den Thalamus ^1,2 weitergeleitet werden. Bemerkenswert ist, dass Neuronen in jedem primären sensorischen Bereich während der frühen Entwicklungsstadien eine einzigartig synchronisierte Aktivität aufweisen, die ebenfalls von den Sinnesorganen oder den unteren Nervenzentren ausgeht, sich aber im Wesentlichen von den Aktivitäten unterscheidet, d....