Imaging a lungo termine di popolazioni neurali identificate utilizzando microprismi in animali che si muovono liberamente e fissano la testa

Rhys Burrows; Chi-Hsuan Ma; Yujiao Jennifer Sun

doi:10.3791/65387

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Articolo metodologico

Imaging a lungo termine di popolazioni neurali identificate utilizzando microprismi in animali che si muovono liberamente e fissano la testa

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DOI:

10.3791/65387

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19 gennaio 2024

Rhys Burrows¹ , Chi-Hsuan Ma¹ , Yujiao Jennifer Sun¹

¹Institute of Ophthalmology, University College London

In questo articolo

Sommario

Se integrata con una piastra di testa e un design ottico compatibile con microscopi a singolo e due fotoni, la lente del microprisma presenta un vantaggio significativo nella misurazione delle risposte neurali in una colonna verticale in diverse condizioni, inclusi esperimenti ben controllati in stati di fissazione della testa o compiti comportamentali naturali in animali che si muovono liberamente.

Abstract

Con il progresso della microscopia multi-fotone e delle tecnologie molecolari, l'imaging a fluorescenza sta rapidamente crescendo fino a diventare un potente approccio per studiare la struttura, la funzione e la plasticità dei tessuti cerebrali viventi. Rispetto all'elettrofisiologia convenzionale, la microscopia a fluorescenza è in grado di catturare l'attività neurale e la morfologia delle cellule, consentendo registrazioni a lungo termine delle popolazioni di neuroni identificate a risoluzione singola o subcellulare. Tuttavia, l'imaging ad alta risoluzione richiede in genere una configurazione stabile e fissata sulla testa che limita il movimento dell'animale, e la preparazione di una superficie piana di vetro trasparente consente la visualizzazione dei neuroni su uno o più piani orizzontali, ma è limitata nello studio dei processi verticali che attraversano diverse profondità. Qui, descriviamo una procedura per combinare una fissazione della piastra di testa e un microprisma che fornisce immagini multistrato e multimodali. Questa preparazione chirurgica non solo dà accesso all'intera colonna della corteccia visiva del topo, ma consente l'imaging a due fotoni in una posizione fissa sulla testa e l'imaging a un fotone in un paradigma che si muove liberamente. Utilizzando questo approccio, è possibile campionare popolazioni cellulari identificate in diversi strati corticali, registrare le loro risposte in stati di testa fissa e in movimento libero e monitorare i cambiamenti a lungo termine nel corso dei mesi. Pertanto, questo metodo fornisce un saggio completo dei microcircuiti, consentendo il confronto diretto delle attività neurali evocate da stimoli ben controllati e secondo un paradigma comportamentale naturale.

Introduzione

L'avvento dell'imaging fluorescente a due fotoni in vivo ^1,2, che combina le nuove tecnologie nei sistemi ottici e gli indicatori di fluorescenza geneticamente modificati, è emerso come una potente tecnica nelle neuroscienze per studiare l'intricata struttura, funzione e plasticità nel cervello vivente ^3,4. In particolare, questa modalità di imaging offre un vantaggio senza precedenti rispetto all'elettrofisiologia tradizionale, catturando sia la morfologia che le attività dinamiche dei neuroni, facilitando così il monitoraggio a lungo