Imagerie calcique dans le colliculus supérieur de souris
21 avril 2023
Ce protocole détaille la procédure d’imagerie des réponses calciques dans le colliculus supérieur (SC) des souris éveillées, y compris l’imagerie de l’activité d’un seul neurone avec la microscopie à deux photons tout en laissant le cortex intact chez les souris de type sauvage, et l’imagerie de l’ensemble du SC avec la microscopie à grand champ chez les souris mutantes à cortex partiel.
Mes recherches portent sur le codage neuronal et les mécanismes du traitement visuel. Nous essayons de répondre à la question de savoir comment diverses informations sont codées dans le cerveau, en particulier dans le colliculus supérieur sous les neuromécanismes sous-jacents. Pour comprendre le traitement visuel, les scientifiques combinent diverses approches, notamment la morphologie neuronale, le traçage antérograde et rétrograde, le séquençage IL, la modélisation neurologique, l’apprentissage automatique, est bien compris.
Le défi consiste à retirer le crâne au-dessus de la SSA, coupant et laissé dans l’os en un seul morceau plus grand, est susceptible d’échouer parce que l’os est attaché à la dure-mère. En combinant deux photos sur une image de calcium à grand champ, nos travaux récents ont révélé l’architecture fonctionnelle de la direction du mouvement dans le SC de souris à la fois à la résolution d’une seule cellule et à l’échelle globale. Nous avons constaté que les neurones ayant une préférence similaire forment des patchs jusqu’à 500 micromètres sous le global vers le haut sur le mouvement nasal.
Avec notre protocole, nous comblons deux lacunes en matière de recherche. Tout d’abord, les chercheurs peuvent effectuer une imagerie de moulage à long terme dans un SC de souris à une résolution d’une seule cellule sans briser le cortex. Deuxièmement, les chercheurs peuvent enregistrer la neuroactivité sur l’ensemble du SC à l’aide de la microscopation à grand champ.
Notre protocole fournit une mesure permettant d’imager le CS médian postérieur à une résolution de cellule unique avec un cortex intact chez la souris. De plus, nous utilisons un bouchon biocompatible pour exposer le SC, ce qui réduit l’infection pour l’imagerie chronique. Nos résultats fournissent un moyen d’étudier le codage neuronal de l’information visuelle à travers un large champ visuel.
Combiné à l’optogénétique, on peut étudier les demi-entrées de différentes régions du cerveau modulant la neuroactivité dans le SC.
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Aperçu
Cette étude fournit un protocole pour l'imagerie des réponses calciques dans le colliculus supérieur (CS) de souris éveillées, en utilisant la microscopie à deux photons pour capturer l'activité d'un seul neurone tout en préservant le cortex chez les souris de type sauvage, et en employant la microscopie à champ large pour l'ensemble du CS chez les souris mutantes à cortex partiel.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neuroscience
- Techniques d'imagerie
- Traitement visuel
Contexte
- Le colliculus supérieur joue un rôle crucial dans le traitement de l'information visuelle.
- Comprendre le codage neuronal dans le CS est essentiel pour élucider les mécanismes de traitement visuel.
- Les méthodes d'imagerie antérieures peuvent perturber l'intégrité corticale, compliquant les études d'enregistrement à long terme.
- Ce protocole cherche à relever ces défis en fournissant une approche minimalement invasive pour l'imagerie.
Objectif de l'étude
- Établir une méthode fiable pour l'imagerie calcique à long terme dans le CS de la souris.
- Faciliter l'enregistrement de la neuroactivité dans l'ensemble du CS sans perturber le cortex.
- Améliorer la compréhension de la façon dont l'information visuelle est représentée au niveau neuronal dans le CS.
Méthodes utilisées
- L'étude emploie des techniques de microscopie à deux photons et à champ large.
- Des modèles de souris de type sauvage et mutants sont utilisés, utilisant un virus adéno-associé pour exprimer GCaMP6m pour l'imagerie calcique.
- Les principales méthodologies incluent l'implantation d'une plaque de tête, des approches chirurgicales pour exposer le CS, et l'utilisation d'une ventouse pour l'imagerie chronique.
- Après l'injection virale, une période de récupération de trois semaines est observée avant le début de l'imagerie.
- Des étapes chirurgicales détaillées assurent un dommage minimal aux tissus environnants.
Principaux résultats
- Le protocole permet un examen détaillé de l'activité neuronale associée aux préférences de direction de mouvement au sein du CS.
- Les résultats indiquent que les neurones présentant des préférences similaires peuvent se regrouper, impactant le traitement des signaux visuels sur des zones étendues.
- L'imagerie chronique est réalisable tout en maintenant l'intégrité corticale, facilitant les études en cours sur la dynamique neuronale.
- La combinaison des données d'imagerie avec l'optogénétique permet d'étudier les apports modulateurs d'autres régions du cerveau.
Conclusions
- Cette étude établit une méthode robuste pour analyser la signalisation calcique dans le CS, contribuant significativement à la compréhension des mécanismes de traitement visuel.
- Les techniques d'imagerie décrites promettent des avancées dans les études longitudinales de l'activité neuronale chez les animaux éveillés.
- De telles méthodologies amélioreront l'investigation des mécanismes neuronaux et leurs implications pour le comportement visuel et les troubles.
Questions fréquemment posées
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
