La préparation décrite ci-dessus permet l’observation de l’ensemble du cerveau au microscope pour l’imagerie 3D à grande échelle comme les photons classiques 2 ou la microscopie confocale, mais aussi des techniques plus rapides telles que lafeuille de lumière 31 et d’autres techniques structurées de microscopie d’éclairage(examinées en 32), ou la microscopiede champ lumineux 28.
L’accès à l’ensemble du cerveau tout en observant le comportement et en maintenant les organes sensoriels fonctionnels permet de répondre à plusieurs questions.
Tout d’abord, quelle est l’activité cérébrale globale lorsque la mouche est au repos, pendant le comportement, et quand elle répond aux stimuli? À titre d’exemple, nous incluons des données obtenues au microscope à champ lumineux montrant l’activation du cerveau lors des réponses aux stimuli et au comportement. Par exemple, dans la vidéo 2, une sonde de calcium a été exprimée dans tous les neurones (nsyb-GAL4 et UAS-syt-GCaMP6s (gauche) ou UAS-GCaMP6M (droite)) et une bouffée d’odeur a été présentée. Remarquez comment la préparation permet d’obtenir un aperçu de l’activité cérébrale pendant la réponse au stimulus. Les puissants outils génétiques de Drosophila peuvent être utilisés pour limiter l’expression de ces capteurs à des sous-types neuronaux spécifiques. Dans la vidéo 3, nous avons limité l’expression d’un capteur de calcium aux neurones dopaminergiques et sérotoninergiques (TH-GAL4, DDC-GAL4 et UAS-GCaMP6M). Remarquez la forte activité synchrone au-dessus du cerveau étroitement corrélée avec la marche à la mouche, permise en observant tout le cerveau pendant le comportement. En plus de l’activité calcique, d’autres signaux physiques ou chimiques peuvent être photographiés (en utilisant par exemple des capteurspour la tension 28,33, produitsdu métabolisme 34,35 ou neuromodulateursspécifiques 36).
Pour mieux comprendre le rôle de l’activité cérébrale, nous pouvons nous demander quelles régions sont impliquées dans quel comportement, réponse aux stimuli ou modèles spontanés d’activité. Les données peuvent en effet être utilisées comme un écran impartial pour extraire les régions fonctionnelles à l’aide de techniques telles que l’analyse des composants principaux et l’analyse indépendante des composants. La figure 9A montre différentes régions fonctionnelles dans différentes couleurs. La forme et la localisation des régions fonctionnelles permettent de les cartographier en modèles anatomiques pour identifier les régions du cerveau et, dans certains cas, le type de neurone. De plus, une fois alignées sur le modèle anatomique, les valeurs de fluorescence peuvent être moyennes dans les régions anatomiques du cerveau pour une analyse quantitative (voir la figure 9B). Par exemple, un modèle gaussien hiérarchique appliqué aux données de la figure 9B montre que les régions sont plus actives pendant la marche (avec une médiane ΔF/F de 0,029, Intervalle crédible de 95% =[0,017 0,041]) mais pas pendant le toilettage (médiane ΔF/F = -0,0049 avec intervalle crédible de 95%=[-0,016 0,0059]).
En ajoutant à la profondeur de compréhension, les enregistrements simultanés des différentes régions fonctionnelles autorisés par la préparation peuvent être utilisés pour étudier les propriétés dynamiques du réseau fonctionnel. Ceci est important parce que les régions du cerveau dans tous les cerveaux étudiés jusqu’à présent sont fortement interconnectées de façon récurrente et de plus en plus d’études montrent que même les zones sensorielles répondent à l’état comportemental de l’animal. Plusieurs aspects peuvent être pris en compte, tels que les propriétés fonctionnelles des graphiques (p. ex., les modules) et les modèles spatio-temporels qui peuvent être adaptés aux systèmes dynamiques(voir 8 par exemple).

Figure 1 : Préparation du titulaire (étape 1). A) Conception du support (vue du haut). B) Préparation de fente de cou. haut : conception de bande, fond : lames parallèles utilisées pour couper la fente de cou. C) Vue du support d’en bas. D) Vue du bas indiquant où ajouter le ruban à sous du cou. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Autres préparatifs (étape 1). R)Ajouter de la graisse dans la fente du cou pour empêcher la colle de couvrir l’arrière de la tête et pour éviter les fuites salines. Barres d’échelle, 1 mm. B) Haut : forme du morceau de ruban adhésif qui sera utilisé pour pousser le corps vers le bas. En bas : assurez-vous que la bande s’adapte au support. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : Placement d’un morceau de ruban en forme de V pour faciliter le centrage. (A) Vue du bas. (B) Vue supérieure. Barre d’échelle, 2 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Placez la mouche (étape 2). À gauche, utilisez deux forceps ternes pour placer le corps de sorte que le cou est dans la fente du cou. Au milieu, alignez la tête. Les yeux se trouvent des deux côtés sur les bords de la fente. La tête de la mouche est droite. À droite, rentrez la mouche avec un tissu recouvert de glace pour l’empêcher de bouger. Barre d’échelle, 1 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5 : Fixer la tête (étape 3). A) Angle idéal de la tête. B) Ajouter de la colle UV autour de la tête, en évitant les zones sensorielles d’intérêt. Barre d’échelle, 1 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 6 : La pointe de la trompe et les antennes peuvent être gardées exemptes de colle (étape 3). Le cercle blanc indique la zone où la colle UV a été appliquée. La flèche montre quelles parties sont laissées exemptes de colle pour des expériences olfactives et gustatives. Notez le ruban en option qui empêche les jambes de toucher la zone de colle. Barre d’échelle, 200 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 7 : Placez la bande arrière (étape 4.2). La bande créée à l’étape 1 (voir figure 2, à gauche) est utilisée pour placer le corps et couvrir le grand trou dans le support. Barre d’échelle, 1 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 8 : Étapes de dissection (étape 6). A-B) Couper de chaque côté à la base du triangle sombre (croix) et enlever cette partie de la cuticule C). D) et E) enlever le muscle 16. Puis retirez doucement le reste de la cuticule F),les sacs d’air G),et les muscles. H) Tête disséquée. Barre d’échelle, 200 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 9 : Résultats représentatifs. A)Régions fonctionnelles (extraites à l’aide de PCA et ICAcomme dans 28) pour une mouche exprimant GCaMP6 pan-neuronally image avec un microscope à champ lumineux (25x, NA =0,95 avec un tableau correspondant f/12 micro lentille). Barre d’échelle, 100 μm. B) Activité moyenne de calcium dans les grandes régions du cerveau pendant les réponses aux stimuli et au comportement (reproduiteà partir de 28). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Vidéo 1: Muscle 16 mouvements (étape 6.3). GFP a été exprimé dans les muscles. Notez le mouvement de pompage qui vient du trou juste au-dessus de la trachée. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger cette vidéo.
Vidéo 2: Activité pan-neuronale de calcium pendant la réponse à l’odeur pour deux préparations différentes. Le vinaigre balsamique a été soufflé à la volée. L’activité pan-neuronale de calcium (conducteur de nsyb-GAL4, UAS-syt-GCaMP6s gauche et UAS-GCaMP6M droit) a été image avec un microscope de champ léger (25x, NA=0.95 avec un tableau assorti de f/12 microlens). Des images de champ de lumière ont ensuite été reconstruites telles que décrites dansl’arbitre 28,37. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger cette vidéo.
Vidéo 3 : Activité calcique dans un sous-ensemble de type neurone pendant le comportement. GCaMP6 a été exprimé dans les neurones dopaminergiques et sérotoninergiques (avec TH-GAL4 et DDC-GAL4). En combinaison avec les outils génétiques de mouche, la préparation permet d’observer une forte augmentation de l’activité dans de nombreuses régions pendant la marche. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger cette vidéo.
Matériel supplémentaire. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.