Dispositivi digitali micromirror (DMD) in grado di generare modelli complessi nel tempo e nello spazio con cui controllare l'eccitabilità neuronale. Questioni rilevanti per la progettazione, costruzione e funzionamento dei sistemi di DMD sono discussi. Tale sistema ha permesso la dimostrazione di non-lineare integrazione tra distale punti di ramificazione dendritica.
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Articolo metodologico
Fotostimolazione modellato con i dispositivi digitali Micromirror per Indagare integrazione dendritiche Attraverso punti di ramificazione
* These authors contributed equally
In questo articolo
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Sommario
Abstract
La luce è un mezzo versatile e preciso per controllare l'eccitabilità neuronale. La recente introduzione di effettori sensibili alla luce, come la channel-rodpopsina e i neurotrasmettitori incapsulati, ha suscitato interesse nello sviluppo di metodi migliori per controllare i modelli di illuminazione nello spazio e nel tempo, utili per la neuroscienza sperimentale. Una strategia convenzionale, utilizzata nella microscopia confocale e a due fotoni, consiste nel focalizzare la luce in un punto limitato dalla diffrazione e quindi scansionare sequenzialmente quel singolo punto sulla regione di interesse. Questo approccio diventa problematico quando è necessario stimolare ampie aree in un breve intervallo di tempo, un problema più rilevante per la fotostimolazione che per l'imaging. Una strategia alternativa consiste nel proiettare l'intero modello spaziale sul bersaglio con l'aiuto di un dispositivo digitale a micromirror (DMD). L'approccio DMD è interessante perché i componenti hardware sono relativamente economici e supportati da interessi commerciali. Poiché un tale sistema non è disponibile per microscopi eretti, discuteremo i problemi critici nella costruzione e nel funzionamento di un sistema DMD di questo tipo. Anche se descriveremo principalmente la costruzione del sistema per la fotolisi UV, forniremo anche le modifiche necessarie per realizzare un sistema molto più semplice a luce visibile per esperimenti di optogenetica. Il sistema di fotolisi UV è stato utilizzato per condurre esperimenti volti a studiare una domanda fondamentale nella neuroscienza: come vengono integrate le informazioni spazialmente distribuite attraverso punti di biforcazione dendritici distali. I risultati suggeriscono che l'integrazione può essere non lineare attraverso i punti di biforcazione e che la sopralinearità è mediata in larga misura dai recettori NMDA.
Protocollo
Considerazioni generali di progettazione
Se la lunghezza d'onda di stimolazione foto è nel campo del visibile, come per gli esperimenti optogenetic, il layout del sistema sarà notevolmente più semplice per gli esperimenti di fotolisi UV. Basta acquistare un doppio modulo porta macchina fotografica che è disponibile presso tutte le aziende microscopio. L'aereo DMD può essere posizionato sul piano dell'immagine sia coniugato di una delle due porte della fotocamera. Ma nella fotolisi UV la luce che proviene dalla DMD devono essere portati attraverso l'epi-illuminazione del percorso (fig. 3A), perché la lente del tubo che porta l'imaging per la....
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Discussione
Il vantaggio di DMD approccio basato fotostimolazione è più evidente nelle situazioni in cui il target occupa un'area relativamente grande. Se il bersaglio di interesse è molto piccolo, come un paio di spine dendritiche, sistemi di scansione sequenziale confocale e 2-fotoni possono essere l'approccio migliore. Un punto debole significativo dell'approccio DMD è il suo uso inefficiente della luce disponibile. La maggior parte della luce disponibile è necessariamente rivolta al specchi OFF e non utilizzati.
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Dichiarazioni
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da una RO1 dal NIH e recensioni Merito del Servizio di ricerca VA a C.-MT, e un NRSA individuale a CWL
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Microscopio fluorescente eretto moderno | |||
| Telecamera CCD e software di acquisizione immagini | |||
| Computer e sistema di acquisizione dati/interfaccia | |||
| Kit sviluppatore DLP Discovery | |||
| Interfaccia USB ALP3 | |||
| S2 + ottica con LED | |||
| Unità a doppia porta per telecamera | |||
| Laser a triplicazione di frequenza a 355 nm NdVO4 (~1 W) | DPSS Laser Inc. | ||
| Otturatore laser Modello LS6 | Uniblitz | ||
| Fibra ottica multimodale e allungatore di fibra Modello# 915 | Canadian Instrument and Research, Ltd | fibra multimodale con nucleo da 100 µm | |
| Lanciatore per fibra multimodale | Oz Optics | ||
| Generatore di segnale | fino a 50 kHz | ||
| Collimatore del fascio | Olympus Corporation | DApo20UV340 | |
| Lente di rilancio UV | Special Optics | #: 54-25-60-355 |
Riferimenti
- Scanziani, M., Hausser, M. Electrophysiology in the age of light. Nature. 461, 930-939 (2009).
- Tang, C. Photolysis of caged neurotransmitters: Theory and procedures for light delivery. Curr. Prot. Neurosci. , 6.21.1-6.21.12 (2006).
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Ristampe e permessi
Errata corrige
Formal Correction: Erratum: Patterned Photostimulation with Digital Micromirror Devices to Investigate Dendritic Integration Across Branch Points
Posted by JoVE Editors on 3/24/2011. Citeable Link.
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