Miniskop zur Aufzeichnung von Kalziumsignalen am Hippocampus von Mäusen, die durch eine Geruchsfahne navigieren

Meine Forschung zielt darauf ab, zu verstehen, wie das Gehirn olfaktorische und räumliche Informationen verarbeitet. Und wir versuchen, die Rolle von hippokampalen CA1-Neuronen bei der Geruchs-Wolken-Navigation zu verstehen. Aktuell wird die Technologie der frei beweglichen Aufnahme von Neuronen mit Miniaturmikroskopen genutzt, um die Forschung auf diesem Gebiet voranzutreiben.

Wir fanden heraus, dass es möglich ist, die Flugbahn der Maus bei der Navigation der Geruchsfahne anhand von Neuronen und Kalziumsignalen im dorsalen CA1 zu entschlüsseln. Diese Technik kombiniert die Vorteile der Mini-Scope-Technologie zur Aufzeichnung von GCaMP-Kalziumsignalen mit der etablierten Reihe der räumlichen Navigation des CA1-Hippocampus. Um besser zu verstehen, wie neuronale Schaltkreise komplexe Verhaltensweisen steuern, werden wir untersuchen, wie die Navigation von Geruchsfahnen in einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit mit abnormaler CA1-Hippocampus-Funktion beeinträchtigt ist.

Bauen Sie zunächst eine Kammer mit zwei Acrylwänden, einer Acryldecke und einem breit expandierten Polyvinylchloridboden. Die beiden anderen einzigartigen Wände vorne und hinten müssen die Luftzirkulation erleichtern. Positionieren Sie vier Sätze von Geruchsquellen gepaart mit Wasserausläufen im Abstand von 10 Zentimetern entlang der X-Achse.

Installiere eine schnelle Digitalkamera über der Arena, um das Verhalten der Tiere zu überwachen. Verwenden Sie einen benutzerdefinierten Python-Code, um die Hardware der Geruchsarena zu verwalten, und die Software integriert die Kamera und die gesamte Hardware für die Einrichtung des Experiments. Richten Sie die Digitalkamera so ein, dass bei der Aufnahme von Videobildern für die nachträgliche Synchronisierung mit dem Mini-Oszilloskop ein Taktsignal exportiert wird.

Platzieren Sie einen schnell reagierenden Miniatur-Photoionisationsdetektor (PID) in der Nähe der Geruchsquelle und positionieren Sie einen weiteren 10 Zentimeter weiter entfernt. Stellen Sie den Verstärkungsschalter an der Vorderseite des PID-Reglers auf die Position X fünf. Schalten Sie dann den Pumpenschalter an der Vorderseite des PID-Reglers in die hohe Position.

Überprüfen Sie die Leuchtdiode oder die LED-Statusleuchte auf der Vorderseite des Controllers, um sicherzustellen, dass der Sensorausgang keine Spannung anzeigt, wenn keine Geruchsstoffe vorhanden sind. Schalten Sie den Potentiometer-Offset auf Null, den Spannungsausgang in Abwesenheit von Odormitteln und schalten Sie das Geruchsventil in der Geruchsarena ein. Messen Sie die Verzögerung bei der Erkennung der Geruchsfahne mit der PID an jeder Stelle nach dem Öffnen des Ventils.

Richten Sie zunächst die Kammer, die Kamera und den Photoionisationsdetektor (PID-Sensoren) für das Experiment ein. Um die Maus zu trainieren, fordere sie auf, sich in den hinteren Teil der Arena zu bewegen. Nachdem die Maus die Rückseite erreicht hat, geben Sie manuell Geruch und Wasser in einer zufälligen Spur ab, lassen Sie die Maus die Quelle lokalisieren und das Wasser trinken.

Sobald die Maus gelernt hat, Versuche zu starten, wechseln Sie zu einer automatisierten Software für die Geruchsabgabe. Wählen Sie in der zweispurigen Geruchsnavigationsaufgabe nach dem Zufallsprinzip eine von zwei Geruchsanschlüssen aus, um Gerüche zu liefern. Und belohnen Sie die Maus mit Wasser, wenn sie den richtigen Wasserspeier erreicht: Kopf, fixieren Sie die Maus und platzieren Sie das Mini-Zielfernrohr mit einem Mikromanipulator auf der Grundplatte.

Ziehen Sie die Stellschraube fest, um das Mini-Zielfernrohr zu sichern. Stellen Sie die Elektrobenetzungslinse ein, um die optimale Fokusebene zu finden und die größte Anzahl von Zellen mit der höchsten Fluoreszenzintensität zu gewährleisten. Um einen optimalen Dynamikbereich zu erzielen, verwenden Sie dorsales CA1 und binden Sie eine GCaMP Six-F-Maus an, wobei Sie die Leistung des Mini-Oszilloskops auf etwa 30 % bei einer Erfassungsrate von 30 Hertz einstellen.

Lassen Sie die Maus in der Geruchsarena los, während das Mini-Zielfernrohr an der Grundplatte befestigt ist. Starten Sie die Erfassung mit der Schnittstellenplatine, um die Transistor-Transistor-Logik oder den TTL-Ausgang der Digitalkamera und das Mini-Oszilloskop für die Synchronisation aufzuzeichnen. Beginnen Sie mit der Aufnahme des Mini-Oszilloskops und der Verhaltensfilme und schalten Sie die automatisierte Software für die Geruchsnavigationsaufgabe mit zwei Ausläufen ein.

Synchronisieren Sie dann die Metadaten der Geruchsarena, die aufgezeichneten Digitalkamerarahmen und die Mini-Scope-Rahmen mit dem MATLAB-Code synchronize_files_jove.m. Führen Sie mithilfe der Normkorrektur eine Bewegungskorrektur der synchronisierten Mini-Zielfernrohrrahmen durch. Identifizieren Sie die interessierenden Regionen mit zeitlich veränderlichen Delta F x F Null-Signalen mithilfe der Extraktion.

Verwenden Sie das Verhaltensensemble und das neuronale Trajektorienobservatorium, um das Verhalten und die interessierenden Regionen jedes einzelnen Versuchs zu visualisieren. Die PID-Reaktion stieg bei Freisetzung der Geruchsfahne signifikant an, was auf den Zeitpunkt der Geruchsabgabe hinweist. Während der Geruchsnavigation wurden mehrere Kalziumtransienten im dorsalen CA1 der Maus beobachtet, die mit Geruchs- und Wasserbelohnungsereignissen korrelierten.

Kalziumreaktionen waren mit verschiedenen Stadien der Navigationsaufgabe verbunden, einschließlich des Beginns der Studie, der Entscheidungsfindung und der Rückkehr. Die räumliche Trajektorie der Maus wurde aus den Kalziumsignalen entschlüsselt, was die Rolle des dorsalen CA1 bei der Kartierung von Gerüchen und räumlichen Informationen aufdeckt.