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JoVE Journal Neuroscience
In Vivo Whole-Brain Imaging of Zebrafish Larvae Using Three-Dimensional Fluorescence Microscopy

In vivo Imágenes de todo el cerebro de larvas de pez cebra usando microscopía de fluorescencia tridimensional

Full Text
5,878 Views
06:27 min
April 28, 2023

DOI: 10.3791/65218-v

Eun-Seo Cho1, Seungjae Han1, Gyuri Kim1, Minho Eom1, Kang-Han Lee2, Cheol-Hee Kim2, Young-Gyu Yoon1,3

1School of Electrical Engineering,KAIST, 2Department of Biology,Chungnam National University, 3KAIST Institute for Health Science and Technology

AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article presents a detailed protocol for in vivo whole-brain imaging of larval zebrafish utilizing three-dimensional fluorescence microscopy. The zebrafish model is favored due to its optical transparency and genetic accessibility to study neural computation and activity. The protocol addresses common issues such as motion artifacts and agarose gel aberrations, ensuring high-quality image data acquisition.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Biophysics
  • Imaging Techniques

Background

  • Larval zebrafish are a vital model for neuroactivity studies due to their transparency.
  • Significant challenges include aberrations from agarose gel and motion artifacts during imaging.
  • Current protocols lack detailed steps for effective sample mounting and positioning.
  • High-resolution imaging is critical for understanding neural computation.

Purpose of Study

  • To develop a reproducible protocol for high-quality imaging of zebrafish brain activity.
  • To reduce noise and motion artifacts during imaging sessions.
  • To facilitate the study of neural computation over long periods.

Methods Used

  • The main platform used is three-dimensional fluorescence microscopy.
  • The biological model involves larval zebrafish, prepared and immobilized for imaging.
  • An optimized experimental workflow is instituted to ensure minimal artifacts.
  • Critical steps include precise positioning of the zebrafish and correct imaging parameter adjustments.
  • Visualization of acquired data is achieved using software tools like napari.

Main Results

  • The imaging protocol allows for comprehensive visualization of brain areas, including neuronal structures in the forebrain, midbrain, and hindbrain.
  • Neuronal activity can be captured through time-series imaging, revealing significant insights into neural functions.
  • Clear visibility of all brain regions indicates the protocol's effectiveness.

Conclusions

  • This study demonstrates a novel imaging approach that enhances the understanding of zebrafish neuroactivity.
  • The protocol not only sets a standard for zebrafish imaging but also has implications for broader neural research.
  • Further development of imaging pipelines is anticipated to improve brain mapping and neural computation studies.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using larval zebrafish?
Larval zebrafish are advantageous due to their optical transparency, which allows for clear imaging of neural structures and activities using fluorescence microscopy.
How is the zebrafish prepared for imaging?
Zebrafish are paralyzed and positioned in a solidified agarose gel within a Petri dish to ensure stability during imaging.
What type of data is obtained from this imaging protocol?
The protocol facilitates the acquisition of volumetric structural images and time-series functional imaging of neuronal activity in the zebrafish brain.
How can this method be adapted for other applications?
While focused on brain imaging, the protocol can be adapted for visualizing other organs in larval zebrafish and potentially other transparent models.
What are some limitations of this imaging approach?
Limitations include potential artifacts from the agarose gel and any inevitable movement of the zebrafish during the imaging process.
How does the imaging method improve upon previous protocols?
This method provides a comprehensive, detailed workflow for zebrafish preparation and imaging, addressing gaps in existing protocols that often overlook critical steps.

Aquí se presenta un protocolo para obtener imágenes in vivo de todo el cerebro de larvas de pez cebra utilizando microscopía de fluorescencia tridimensional. El procedimiento experimental incluye la preparación de muestras, la adquisición de imágenes y la visualización.

Estamos desarrollando sistemas inmunes ópticos y algoritmos computacionales para registrar y analizar la neuroactividad de todo el cerebro con una alta resolución espacial y temporal. El pez de laboratorio es un animal modelo ideal para la investigación. Gracias a cada transparencia óptica y la disponibilidad de diversas herramientas genéticas, la calidad óptica de la imagen puede degradarse debido a la aberración introducida por el gel de agarosa utilizado para el montaje de muestras, y los peces pueden moverse durante la grabación causando artefactos de movimiento en las imágenes o impidiendo la extracción de señales de precisión de las imágenes.

Los protocolos disponibles públicamente proporcionan solo una breve descripción del procedimiento experimental, viviendo partes sustanciales de los detalles, como las técnicas de montaje preciso de la solidificación de agarosa y el posicionamiento simple. Por lo tanto, se necesita un protocolo efectivo y reproducible para adquirir datos de imagen de alta calidad. Con un mínimo de ruido y movimiento.

Nuestro protocolo proporciona un procedimiento experimental optimizado y reproducible. Este protocolo permite obtener imágenes in vivo de todo el cerebro durante un período prolongado y visualizaciones de los datos de imágenes adquiridos. El flujo de trabajo se centró en imágenes de todo el cerebro, pero se puede aplicar fácilmente a la obtención de imágenes de otros órganos de muchos de nuestros peces cebra.

Nuestro objetivo es desentrañar los principios subyacentes de la computación neuronal. Para eso, continuaremos trabajando en una tubería que involucre imágenes a gran escala de la actividad y estructura neuronal y el análisis computacional de tales para el mapeo cerebral sistemático.

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Neurociencia Número 194

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