Imágenes de calcio en el colículo superior de ratón
April 21st, 2023
Este protocolo detalla el procedimiento para obtener imágenes de las respuestas de calcio en el colículo superior (SC) de ratones despiertos, incluida la obtención de imágenes de la actividad de una sola neurona con microscopía de dos fotones mientras se deja la corteza intacta en ratones de tipo salvaje, y la obtención de imágenes de todo el SC con microscopía de campo amplio en ratones mutantes de corteza parcial.
Mi investigación se centra en la codificación neuronal y los mecanismos de procesamiento visual. Estamos tratando de responder cómo se codifica diversa información en el cerebro, especialmente en el colículo superior bajo los mecanismos neurológicos subyacentes. Para comprender el procesamiento visual, los científicos combinan varios enfoques, incluida la morfología neuronal, el rastreo anterógrado y retrógrado, la secuenciación de IL, el modelado neurológico y el aprendizaje automático.
El reto consiste en extraer el cráneo sobre el SSA, cortándolo y dejándolo en el hueso en una pieza más grande, es probable que falle porque el hueso está unido a la duramadre. Al combinar dos fotos en una imagen de calcio de campo amplio, nuestro trabajo reciente reveló la arquitectura de la función de la dirección del movimiento en el ratón SC tanto a una resolución de una sola célula como a escala global. Encontramos que las neuronas con preferencia similar forman parches de hasta 500 micrómetros por debajo del global al ascendente en el movimiento nasal.
Con nuestro protocolo, estamos abordando dos brechas de investigación. En primer lugar, los investigadores pueden realizar imágenes de moldeo a largo plazo en SC de ratón con una resolución de una sola célula sin romper la corteza. En segundo lugar, los investigadores pueden registrar la neuroactividad en todo el SC utilizando microscopio de campo amplio.
Nuestro protocolo proporciona una medida para obtener imágenes de la SC medial posterior con una resolución de una sola célula con una corteza intacta en ratones. Además, utilizamos un tapón biocompatible para exponer el SC, lo que reduce la infección para la obtención de imágenes crónicas. Nuestros resultados proporcionan una forma de estudiar la codificación neuronal de la información visual a través de un gran campo visual.
En combinación con la optogenética, se pueden estudiar las medias entradas de diferentes regiones cerebrales que modulan la neuroactividad en el SC.
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Visión general
Este estudio proporciona un protocolo para la obtención de imágenes de las respuestas de calcio en el colículo superior (CS) de ratones despiertos, utilizando microscopía de dos fotones para capturar la actividad de una sola neurona mientras se preserva la corteza en ratones de tipo salvaje, y empleando microscopía de campo amplio para todo el CS en ratones mutantes con corteza parcial.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Técnicas de imagen
- Procesamiento visual
Antecedentes
- El colículo superior juega un papel crucial en el procesamiento de información visual.
- Entender la codificación neuronal en el CS es esencial para dilucidar los mecanismos de procesamiento visual.
- Los métodos de imagen anteriores pueden alterar la integridad cortical, complicando los estudios de registro a largo plazo.
- Este protocolo busca abordar estos desafíos proporcionando un enfoque mínimamente invasivo para la obtención de imágenes.
Propósito del estudio
- Establecer un método confiable para la obtención de imágenes de calcio a largo plazo en el CS del ratón.
- Facilitar el registro de la neuroactividad en todo el CS sin alterar la corteza.
- Mejorar la comprensión de cómo se representa la información visual desde el punto de vista neuronal en el CS.
Métodos utilizados
- El estudio emplea técnicas de microscopía de dos fotones y de campo amplio.
- Se utilizan modelos de ratones de tipo salvaje y mutantes, utilizando un virus asociado a adeno para expresar GCaMP6m para la obtención de imágenes de calcio.
- Las metodologías clave incluyen la implantación de una placa de cabeza, enfoques quirúrgicos para exponer el CS y el uso de una ventosa para la obtención de imágenes crónicas.
- Después de la inyección viral, se observa un período de recuperación de tres semanas antes de que comience la obtención de imágenes.
- Los pasos quirúrgicos detallados aseguran un daño mínimo a los tejidos circundantes.
Resultados principales
- El protocolo permite un examen detallado de la actividad neuronal asociada con las preferencias de dirección del movimiento dentro del CS.
- Los hallazgos indican que las neuronas que exhiben preferencias similares pueden agruparse, impactando el procesamiento de señales visuales en áreas extensas.
- La obtención de imágenes crónicas es posible mientras se mantiene la integridad cortical, facilitando estudios continuos de la dinámica neuronal.
- La combinación de datos de imágenes con optogenética permite la investigación de entradas moduladoras de otras regiones del cerebro.
Conclusiones
- Este estudio establece un método robusto para analizar la señalización de calcio en el CS, contribuyendo significativamente a la comprensión de los mecanismos de procesamiento visual.
- Las técnicas de imagen descritas prometen avances en estudios longitudinales de la actividad neuronal en animales despiertos.
- Tales metodologías mejorarán la investigación de los mecanismos neuronales y sus implicaciones para el comportamiento visual y los trastornos.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
High-resolution calcium imaging in the mouse superior colliculus (SC) enables direct interrogation of neural coding underlying visual processing, supporting mechanistic de-risking at the target validation stage. The ability to capture both single-cell and whole-structure activity in awake animals provides predictive confidence for translational neuroscience and neuropharma portfolios. This dual-scale approach strengthens early discovery decisions and informs downstream assay development for visual system targets.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional mapping of visual processing circuits at cellular and network levels.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing inherited versus de novo neural coding in the SC.
- Provides quantitative neural activity data to inform target selection and validation.
- Facilitates hypothesis-driven interrogation of visual feature encoding in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Establishes validated imaging platforms for reproducible measurement of neuronal responses.
- Delivers quantitative, scalable readouts suitable for compound screening in visual pathway models.
- Enables standardization of assay conditions for cross-study and cross-team comparability.
- Supports development of robust phenotypic screening assays for neuroactive compounds.
Translational & Preclinical Research
- Aligns neural activity measurements with translational biomarkers of visual function.
- Provides continuity from discovery-stage neural coding to preclinical validation of visual system interventions.
- Enables risk-adjusted advancement of visual pathway targets based on in vivo functional data.
- Supports mechanistic studies of circuit modulation using optogenetic integration.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging protocol bridges early discovery and preclinical research by enabling hypothesis testing, pathway clarification, and quantitative analytics in the SC. It is positioned for integration from target validation through lead identification and translational studies.
- Discovery Biology: Facilitates direct measurement of neural coding and pathway function in the SC.
- Screening: Provides reproducible, quantitative imaging outputs for assay development and compound evaluation.
- Analytics: Delivers high-content data on neuronal activity, supporting statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Connects in vivo neural activity to potential biomarkers for visual system disorders.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable imaging platform adaptable to other brain regions and research questions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation and reduces mechanistic ambiguity in visual processing research.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows for reproducibility and scalability across studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing robust functional data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of visual system targets and supports advancement decisions with quantitative evidence.
Implementation Considerations
- Requires expertise in in vivo imaging, surgical preparation, and data analysis.
- Demands access to two-photon and wide-field microscopy platforms and supporting infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of animal handling, viral delivery, and imaging protocols.
- Adaptable to other brain regions with protocol modifications as supported by the source.
- Long-term imaging stability and precise targeting are practical considerations for chronic studies.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:41
Preparation of a Suction Cup and Plugs for Calcium Imaging in Mouse
4:30
Viral Construct (AAV) Injection in Mouse Superior Colliculus for Calcium Imaging
5:48
Implantation of the Headplate in Mouse for Calcium Imaging
6:40
Implanting the Plug in the Mouse for Calcium Imaging
8:06
Two‐Photon Calcium Imaging of Mouse Superior Colliculus Neurons
9:37
Wide‐Field Calcium Imaging of Mouse Superior Colliculus Neurons
