D'enregistrement optique de l'activité neuronale supraliminaire avec une résolution à cellule unique et un seul pic

Résumé

Comprendre le fonctionnement du système nerveux des vertébrés centrale nécessite des enregistrements de neurones de nombreuses fonctions corticales se pose parce que le niveau des populations de neurones. Nous décrivons ici une méthode optique pour enregistrer l'activité neuronale supraliminaire avec une résolution à cellule unique et une seule pointe, tergiversé au hasard analyse à l'accès. Cette méthode enregistre les signaux somatiques calcium de fluorescence jusqu'à 100 neurones avec une haute résolution temporelle. Un algorithme du maximum de vraisemblance deconvolves l'activité neurale sous-jacente supraliminaire de signaux somatiques les calcium par fluorescence. Cette méthode permet de détecter de manière fiable les pointes avec une efficacité de détection élevé et un faible taux de faux positifs et peut être utilisé pour étudier les populations de neurones In vitro Et In vivo.

Résumé

Signalisation de l'information dans le système nerveux central des vertébrés est souvent effectué par des populations de neurones plutôt que des neurones individuels. La propagation de l'activité de dopage supraliminaire implique populations de neurones. Les études empiriques portant sur la fonction corticale directement nécessitent donc des enregistrements de populations de neurones avec une résolution élevée. Nous décrivons ici une méthode optique et un algorithme de déconvolution pour enregistrer l'activité neuronale à partir de 100 neurones avec une résolution à cellule unique et un seul pic. Cette méthode repose sur la détection des élévations transitoires de la concentration intracellulaire de calcium somatique associée avec des pointes supraliminaire électriques (potentiels d'action) dans les neurones corticaux. Haute résolution temporelle des enregistrements optiques est obtenue par une technique de balayage à accès aléatoire rapide à l'aide de déflecteurs acousto-optiques (OD) ^1. Excitation à deux photons des résultats de calcium colorant sensible à haute résolution spatiale en tis cerveau opaquespoursuivre ^2. Reconstruction des pics de fluorescence des enregistrements de calcium est obtenu par un procédé du maximum de vraisemblance. Simultanée des enregistrements électrophysiologiques et optiques montrent que notre méthode permet de détecter de manière fiable les pointes (> 97% d'efficacité de détection de crête), a un faible taux de faux pic de détection positive (<0,003 pointes / s), et une grande précision temporelle (environ 3 ms) ^3. Cette méthode optique de détection de crête peut être utilisé pour enregistrer l'activité neuronale in vitro et chez les animaux anesthésiés in vivo ^3,4.

Protocole

1. Montage optique (Figure 1)

1. Pour excitation à deux photons d'un système laser infrarouge pulsé avec des impulsions femtosecondes est utilisé. Un laser haute puissance de sortie (dans certains cas> 2W à 890 nm de longueur d'onde) est nécessaire pour compenser les pertes importantes introduites par les composants optiques du système.
2. Un système prechirper constitué de deux prismes confère une dispersion négative de vitesse de groupe (GVD) sur les impulsions laser avant les déflecteurs acousto-optiques (OD) pour compenser la dispersion temporelle introduite par le OD ^1.
3. OD avec deux grands orifices (10 mm pour un objec....

Discussion

Dithered à accès aléatoire balayage détecte indirectement l'activité supraliminaire dopage de l'augmentation de calcium intracellulaire somatique associée à chaque pic dans un corps cellulaires des neurones. Les augmentations du calcium intracellulaire sont détectés par des colorants fluorescents de calcium. Les limites de tramage aléatoire analyse à l'accès proviennent en grande partie de la limité de signal sur bruit des signaux de fluorescence de calcium. Le rapport signal-à-bruit est limité à son tour pa.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom du réactif	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires (optionnel)
			Les composants optiques sont répertoriés dans l'ordre, en commençant par le laser
Titan: Saphir Laser	Coherent Inc	Chameleon Ultra 2	Haute puissance de sortie recommandée (> 2 W à 900 nm)
Lentille achromatique f = 30 mm	Laboratoires Thor	AC254-030-B	Anti-reflet (AR) 650-1050 nm revêtement pour
Lentille achromatique f = 100 mm	Laboratoires Thor	AC254-100-B	AR 650-1050 nm
Objectif f = 75 mm	Laboratoires Thor	LA1608-B	AR 650-1050 nm
Objectif f = 175 mm	Laboratoires Thor	LA1229-B	AR 650-1050 nm
Lentille achromatique f = 300 mm	Laboratoires Thor	AC254-300-B	AR 650-1050 nm
Lentille achromatique f = 100 mm	Laboratoires Thor	AC254-100-B	AR 650-1050 nm
Lentille achromatique f = 100 mm	Laboratoires Thor	AC254-100-B	AR 650-1050 nm
Déflecteurs acousto-optiques	Intraaction Corp	ATD 6510CD2
Réseau de diffraction réfléchissant	Newport	53-011R	100 traits / mm pour OD avec 65 MHz de bande passante et de l'angle de balayage de 45 mrad
21,6 mm Brewster prismes	Lambda Optics Research Inc	IBP21.6SF10
Verre coloré	Schott	BG-39
Miroir dichroïque	Chroma Technology Corp	Z532RDC
Modules photomultiplicateurs	Hamamatsu	H9305-03
DAC-ADC conseil d'administration	National Instruments	PCI-6115
Oregon Green 488 BAPTA-une heures	Invitrogen	O-6807