כאן, אנו מציגים פרוטוקול לביצוע הדמיית סידן של שני פוטונים במוח הקדמי הגבי של דגי זברה בוגרים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לביצוע הדמיית סידן של שני פוטונים במוח הקדמי הגבי של דגי זברה בוגרים.
דגי זברה בוגרים (Danio rerio) מפגינים רפרטואר עשיר של התנהגויות לחקר תפקודים קוגניטיביים. יש להם גם מוח מיניאטורי שיכול לשמש למדידת פעילויות בין אזורי מוח באמצעות שיטות הדמיה אופטית. עם זאת, דיווחים על רישום פעילות מוחית בדגי זברה בוגרים היו נדירים. המחקר הנוכחי מתאר הליכים לביצוע הדמיית סידן של שני פוטונים במוח הקדמי הגבי של דגי זברה בוגרים. אנו מתמקדים בצעדים לריסון דגי זברה בוגרים מלהזיז את ראשם, מה שמספק יציבות המאפשרת הדמיה בלייזר של פעילות המוח. בעלי החיים המרוסנים לראש יכולים להזיז בחופשיות את חלקי גופם ולנשום ללא עזרים. מטרת ההליך היא לקצר את זמן ניתוח ריסון הראש, למזער את תנועת המוח ולמקסם את מספר תאי העצב שנרשמו. כאן מתוארת גם הגדרה להצגת סביבה חזותית אימרסיבית במהלך הדמיית סידן, שניתן להשתמש בה כדי לחקור קורלציות עצביות העומדות בבסיס התנהגויות המופעלות על ידי ראייה.
הדמיית סידן פלואורסצנטי עם אינדיקטורים מקודדים גנטית או צבעים סינתטיים הייתה שיטה רבת עוצמה למדידת פעילות עצבית בבעלי חיים מתנהגים, כולל פרימטים לא אנושיים, מכרסמים, ציפורים וחרקים1. את פעילותם של מאות תאים, עד כ-800 מיקרומטר מתחת לפני השטח של המוח, ניתן למדוד בו זמנית באמצעות דימות רב-פוטוני 2,3. ניתן למדוד את פעילותם של סוגי תאים מסוימים גם על ידי ביטוי מדדי סידן באוכלוסיות נוירונים מוגדרות גנטית. יישום שיטת ההדמיה עבור מודלים קטנים של בעלי חוליות פותח אפשרויות חדשות בתחום החישוב העצבי על פני אזורי מוח.
דגי זברה הם מערכת מודל נפוצה במחקר מדעי המוח. דגי זברה זחלים בסביבות 6 ימים לאחר ההפריה שימשו להדמיית סידן בשל מוחם המיניאטורי וגופם השקוף4. דגי זברה צעירים (בני 3-4 שבועות) משמשים גם לחקר המנגנונים העצביים העומדים בבסיס מסלולים סנסומוטוריים 5,6. עם זאת, רמת הביצוע המקסימלית עבור התנהגויות מורכבות, כולל למידה אסוציאטיבית והתנהגויות חברתיות, מושגת בגיל מבוגר יותר 7,8. לפיכך, נדרש פרוטוקול אמין כדי לחקור תפקודים קוגניטיביים מרובים במוחם של דגי זברה בוגרים באמצעות שיטות הדמיה. בעוד שזחלי זברה ודגי זברה צעירים יכולים להיות מוטמעים באגרוז להדמיית in vivo, דגי זברה בוגרים בגיל חודשיים ומעלה סובלים מהיפוקסיה בתנאים כאלה והם חזקים מדי פיזית מכדי להיות מרוסנים על ידי אגרוז. לכן, נדרש הליך כירורגי כדי לייצב את המוח ולאפשר לבעל החיים לנשום בחופשיות דרך הזימים.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול ריסון ראש הכולל עיצוב חדשני של מוט ראש יחיד. זמן הניתוח המופחת של 25 דקות מהיר פי שניים מהשיטההקודמת 9. אנו מתארים גם את העיצוב של תא ההקלטה (מיכל חצי משושה), שלב הראש ומנגנון נעילה מהירה לשילוב שני החלקים9. לבסוף, מתואר גם המערך להצגת גירוי חזותי סוחף לחקר פעילות והתנהגויות מוחיות המופעלות על ידי ראייה. באופן כללי, ההליכים המתוארים כאן יכולים לשמש לביצוע דימות סידן של שני פוטונים באוכלוסיות תאים מוגדרות גנטית בדג זברה בוגר מרוסן ראש, המאפשר לחקור פעילויות מוחיות במהלך פרדיגמות התנהגותיות שונות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים בבעלי חיים אושרו ובוצעו בהתאם להנחיות הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של האקדמיה סיניקה. פירוט כלי המחקר ניתן למצוא בטבלת החומרים.
1. הכנת תא הקלטה

איור 1: מכשירים הדרושים לניתוחי ריסון ראש. (A) מנגנון הנעילה המהירה בין הלוח העגול של שלב הראש לבין לוחית הבסיס בתוך המיכל המשושה למחצה. קבצי תכנון בעזרת מחשב (CAD) של החלקים בהתאמה אישית ניתן למצוא בקבצים משלימים 1-4. (B) מוט ראש בצורת Ω לריסון הראש. (C) המיקרומניפולטור בעל שלושת הצירים המשמש למיקום מוט הראש לאתר החיבור. כניסה: כיוון מוט הראש בחימר. (D) תותח שיחזיק את הדג במהלך הניתוח. כניסה: התמצאות של דגים בתוך התותח. (E) מודול העמסת דגים והמיקרומניפולטור המשמש להעמסת הדג על במת הראש. כניסה: כיוון של דגים בתוך המודול. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
2. ניתוח ריסון ראש

איור 2: שלבים מרכזיים במהלך ניתוח ריסון ראש . (A) הרכב הקפסולה בתוך התותח. (B) אתרי התקשרות על הגולגולת (אדום). חיצים אדומים מציינים אתרי כלי דם. (C) למעלה: מוט ראש המחובר לגולגולת הדג. למטה: דגים טעונים על במת הראש. (D) חתכים הדרושים להסרת העור מעל המוח הקדמי. מספרים מציינים את רצף החיתוך. הימנע מהסרת עור באתר המסומן (ראש החץ) כדי למנוע דימום של החיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
3. הדמיה של שני פוטונים

איור 3: הגדרה לביצוע הדמיית סידן, הקלטת התנהגות ותצוגת גירוי חזותי. (A) שלושה מקרנים מציגים גירוי חזותי על דפנות המיכל המשושה למחצה. נורות IR בצד משמשות להאיר את גוף דג הזברה. (B) מיקום העדשה האובייקטיבית. משמאל: מבט קדמי. מימין: מבט מהצד. המרחק בין עדשת האובייקט 16x לבין אזור המטרה במוח הוא בסביבות 2.5 מ"מ. (C) תמונה לדוגמה של שני פוטונים. משמאל: הקרנה מקסימלית של כל המוח הקדמי הגבי ב-Tg [neuroD:GCaMP6f]. מימין: תמונה מוגדלת כדי לחשוף תאי עצב על פני אזורי מוח מרובים. כניסה: הגדלה גבוהה יותר מאזור אחר במוח. תמונות הן ממוצעים של 10 שניות של נתונים שהוקלטו ב- 5Hz. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול מורכב משני חלקים: ניתוח ריסון ראש והדמיית סידן בשני פוטונים של פעילות עצבית במוח הקדמי. הצלחת הניתוח מוגדרת על ידי הישרדות החיה ויציבות ריסון הראש. ניתן לשפר מאוד את שיעור ההישרדות על ידי זילוח תכוף של תמיסת TMS 0.01% דרך הפה במהלך הניתוח. דגים צריכים להתאושש מהרדמה ולנשום באופן פעיל תוך 1-2 דקות לאחר טבילתם במי מיכל הדגים. הדמיית סידן של שני פוטונים מאפשרת רישום פעילות של נוירונים בודדים במוח הקדמי הגבי בעומק של עד 200 מיקרומטר מפני השטח של המוח דרך גולגולות שלמות (~ 40 מיקרומטר עובי). טווח הדמיה זה מכסה אזורי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול מפורט לריסון ראשם של דגי זברה בוגרים לצורך הדמיית סידן של שני פוטונים. ישנם שני שלבים קריטיים להשגת משענת ראש יציבה מספיק להדמיית סריקת לייזר. ראשית, מוט הראש צריך להיות מודבק לאתרי החיבור הספציפיים של הגולגולות. חלקים אחרים של הגולגולת הם לעתים קרובות דקים מכדי לספק יציבות מכנית ואף עלולים להישבר במהלך תנועות גוף חזקות. שנית, יש להסיר היטב את העור שמעל אתרי החיבור. יש לייבש היטב גם מים שיוריים. זה מאפשר לגולגולת להיקשר בחוזקה לדבק הרקמות. מובאת טבלה המפרטת בעיות פוטנציאליות, הגורמים להן והפת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי המכון לביולוגיה מולקולרית, האקדמיה סיניקה והמועצה הלאומית למדע וטכנולוגיה, טייוואן. חנות המכונות במכון לפיזיקה, אקדמיה סיניקה סייעה לייצר חלקים שתוכננו בהתאמה אישית. אנו גם רוצים להודות לפ. ארגסט (מכון פרידריך מיישר למחקר ביו-רפואי, בזל, שוויץ) על תכנון מנגנון הנעילה המהירה של שלב הראש.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| כרטיס רכישה | MBF ביוסיינס | Vidrio vDAQ | מיקרוסקופ |
| סרט הקרנה אחורית | קימוטו | מסך דילנד - GSK | גירוי חזותי נוכחי |
| מסנן פס-מעבר (510/80 ננומטר) | כרומה | ET510/80m | מיקרוסקופ |
| פלטת בסיס למיכל החצי-משושה | בהתאמה אישית | ראו קבצים משלימים | תא הקלטות |
| פילטר מצלמה (< 875 מייל ימי) | אדמונד אופטיקס | #86-106 | רישום התנהגות |
| פילטר מצלמה (>700 ננומטר) | אדמונד אופטיקס | #43-949 | רישום התנהגות |
| עדשת מצלמה | Thorlabs | MVL50M23 | רישום התנהגות |
| זיקית ויז'ן-ס | קוהרנטי | ויז'ן-ס | לייזר |
| לוח עגול לשלב הראשי | בהתאמה אישית | ראו קבצים משלימים | תא הקלטות |
| בקר למפעיל פיזו | Physik Instrumente | E-665. CR | מיקרוסקופ |
| מגבר זרם | Thorlabs | TIA60 | מיקרוסקופ |
| אלידנט Q-6 | רולנס אנטרפרייז | Q-6 | ניתוח: מנורת UV |
| מסנן פליטה 510/80 ננומטר | כרומה | ET510/80m | מיקרוסקופ |
| מוט ראש | בהתאמה אישית | ראו קבצים משלימים | תא הקלטות |
| אור אינפרא-אדום | Thorlabs | M810L3 | רישום התנהגות |
| מקרן LED | AAXA | מקרן P2B LED Pico | גירוי חזותי נוכחי |
| טישו נייר לח (Kimwipe) | מדעי קים-טק | 34155 | ניתוח: רקמת נייר לחה |
| שלב דגימה ממונע XY | זאבר | X-LRM050 | מיקרוסקופ |
| פילטרים בצפיפות נייטרלית (50% העברה) | Thorlabs | NE203B | גירוי חזותי נוכחי |
| Ø מחזיק עמוד 1/2" | ThorLabs | PH1.5V | ניתוח: צינור חלול לתותח |
| Ø עמוד אופטי מפלדת אל-חלד 1/2" | ThorLabs | TR150/M | ניתוח: מודול העמסת דגים |
| עדשת אובייקטיבי 16x, 0.8NA | ניקון | CF175 | מיקרוסקופ |
| חימר מודלינג מבוסס שמן | לי השין קליי | C4086 | ניתוח: מחזיק מוט ראש |
| דבק אופטי | נורלנד פרודקטס | NOA68 | ניתוח: דבק ריפוי UV |
| צינור פוטומולטיפלייר | המאמאצו | H11706P-40 | מיקרוסקופ |
| מפעיל פיזו | Physik Instrumente | P-725.4CA PIFOC | מיקרוסקופ |
| תא פוקלס | קונופיטיקה | M350-80-LA-BK-02 | מיקרוסקופ |
| פילטר Red Wratten (> 600 ננומטר) | אדמונד אופטיקס | #53-699 | גירוי חזותי נוכחי |
| מערכת סריקה רזוננט-גלבו | INSS | RGE-02 | מיקרוסקופ |
| מהדק בזווית ישרה עבור ואוסלאש; פוסט 1/2" | ThorLabs | RA90/M | ניתוח: מודול העמסת דגים |
| מהדק מסתובב עבור Ø פוסט 1/2" | ThorLabs | SWC/M | ניתוח: מודול העמסת דגים |
| ScanImage | MBF ביוסיינס | גרסה בסיסית | מיקרוסקופ |
| מיכל חצי-משושה | בהתאמה אישית | ראו קבצים משלימים | תא הקלטות |
| סופר-בונד C& B Kit | סאן מדיקל קו. | סופר-בונד C& B | ניתוח: מלט דנטלי |
| טריקאין מתאנסולפונאט | סיגמא אולדריץ' | E10521 | ניתוח: הרדמה |
| מצלמת USB | פליר | BFS-U3-13Y3M-C | רישום התנהגות |
| וטבונד | 3M | 1469SB | ניתוח: דבק רקמה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.