Miniscope enregistrant des signaux calciques à l’hippocampe de souris naviguant dans un panache d’odeurs

Mes recherches visent à comprendre comment le cerveau traite les informations olfactives et spatiales. Et nous essayons de comprendre le rôle des neurones CA1 de l’hippocampe dans la navigation du panache d’odeurs. À l’heure actuelle, la technologie d’enregistrement libre des neurones à l’aide de microscopes miniatures a été utilisée pour faire avancer la recherche dans le domaine.

Nous avons constaté qu’il est possible de décoder la trajectoire de la souris naviguant dans le panache olfactif en fonction des neurones et des signaux calciques dans le CA1 dorsal. Cette technique combine les avantages de la technologie des mini-scopes pour l’enregistrement des signaux calciques GCaMP avec la rangée bien établie de navigation spatiale de l’hippocampe CA1. Pour mieux comprendre comment les circuits neuronaux entraînent des comportements complexes, nous étudierons comment la navigation du panache d’odeurs est altérée dans un modèle murin de la maladie d’Alzheimer avec une fonction anormale de l’hippocampe CA1.

Pour commencer, construisez une chambre avec deux murs en acrylique, un plafond en acrylique et un sol en polychlorure de vinyle largement expansé. Les deux autres parois uniques à l’avant et à l’arrière doivent faciliter la circulation de l’air. Positionnez quatre ensembles de sources d’odeurs associées à des becs de distribution d’eau à 10 centimètres l’un de l’autre le long de l’axe X.

Installez une caméra numérique rapide au-dessus de l’aréna pour surveiller le comportement des animaux. Utilisez un code python personnalisé pour gérer le matériel de l’arène d’odeurs, et le logiciel intègre la caméra et tout le matériel pour la mise en place de l’expérience. Configurez l’appareil photo numérique pour qu’il exporte un signal d’horloge lors de l’enregistrement d’images vidéo pour une synchronisation post-hoc avec le mini-scope.

Placez un détecteur miniature à photoionisation à réponse rapide, ou PID, près de la source d’odeur, et positionnez-en un autre 10 centimètres plus loin. Changez le commutateur de gain sur le panneau avant du contrôleur PID sur la position X cinq. Placez ensuite l’interrupteur de la pompe sur le panneau avant du contrôleur PID en position haute.

Vérifiez la diode électroluminescente ou le voyant d’état LED sur le panneau avant du contrôleur pour vous assurer que la sortie du capteur affiche une tension nulle en l’absence d’odorisants. Réglez le décalage du potentiomètre sur zéro, la tension de sortie en l’absence d’odorisants, et allumez la soupape d’odeur dans l’arène d’odeur. Mesurez le délai de détection du panache d’odeurs à l’aide du PID à chaque endroit après l’ouverture de la vanne.

Pour commencer, installez la chambre, la caméra et le détecteur à photoionisation, ou capteurs PID, pour l’expérience. Pour entraîner la souris, incitez-la à se déplacer à l’arrière de l’arène. Une fois que la souris a atteint l’arrière, distribuez manuellement l’odeur et l’eau dans une voie aléatoire, et laissez la souris localiser la source et boire l’eau.

Une fois que la souris a appris à lancer des essais, passez à un logiciel automatisé pour la diffusion des odeurs. Dans la tâche de navigation des odeurs à deux voies, sélectionnez de manière aléatoire l’un des deux ports d’odeur pour émettre les odeurs. Et récompensez la souris avec de l’eau lorsqu’elle atteint le bon jet d’eau Tête fixez la souris et placez la mini lunette sur la plaque de base à l’aide d’un micro-manipulateur.

Serrez la vis de réglage pour fixer le mini endoscope. Ajustez la lentille d’électromouillage pour trouver le plan focal optimal, en assurant le plus grand nombre de cellules avec l’intensité de fluorescence la plus élevée. Pour obtenir une plage dynamique optimale, utilisez le CA1 dorsal et attachez une souris GCaMP six-F, en réglant la puissance du mini-scope à environ 30 % à un taux d’acquisition de 30 hertz.

Relâchez la souris à l’intérieur de l’arène des odeurs avec la mini-lunette fixée à la plaque de base. Démarrez l’acquisition avec la carte d’interface pour enregistrer la logique transistor-transistor, ou sortie TTL de l’appareil photo numérique, et le mini oscilloscope pour la synchronisation. Commencez à enregistrer le mini-scope et les vidéos comportementales, puis allumez le logiciel automatisé pour la tâche de navigation des odeurs à deux becs.

Synchronisez ensuite les métadonnées de l’arène olfactive, les images d’appareils photo numériques enregistrées et les images de mini-lunettes à l’aide du code MATLAB synchronize_files_jove.m. À l’aide de la correction de norme, effectuez la correction de mouvement des cadres de mini-lunette synchronisés. Identifiez les régions d’intérêt avec des signaux delta F par F zéro variant dans le temps à l’aide de l’extraction.

Utilisez l’ensemble de comportement et l’observatoire de trajectoire neuronale pour visualiser le comportement et les régions d’intérêt de chaque essai distinct. La réponse PID a augmenté de manière significative lors de la libération du panache d’odeur, indiquant le moment de la diffusion de l’odeur. De multiples transitoires calciques ont été observés dans le CA1 dorsal de la souris pendant la navigation des odeurs, en corrélation avec les événements de récompense des odeurs et de l’eau.

Les réponses calciques étaient associées à différentes étapes de la tâche de navigation, y compris le début de l’essai, la prise de décision et le retour. La trajectoire spatiale de la souris a été décodée à partir des signaux calciques, révélant le rôle du CA1 dorsal dans la cartographie des odeurs et des informations spatiales.