Imaging del calcio nel collicolo superiore del topo
21 aprile 2023
Questo protocollo descrive in dettaglio la procedura per l'imaging delle risposte del calcio nel collicolo superiore (SC) dei topi svegli, compreso l'imaging dell'attività di un singolo neurone con microscopia a due fotoni, lasciando intatta la corteccia nei topi wild-type, e l'imaging dell'intero SC con microscopia ad ampio campo nei topi mutanti a corteccia parziale.
La mia ricerca si concentra sulla codifica neurale e sui meccanismi per l'elaborazione visiva. Stiamo cercando di rispondere a come le varie informazioni sono codificate nel cervello, in particolare nel collicolo superiore sotto i meccanismi neurologici sottostanti. Per comprendere l'elaborazione visiva, gli scienziati combinano vari approcci, tra cui la morfologia neuronale, il tracciamento anterogrado e retrogrado, il sequenziamento IL, la modellazione neurologica, l'apprendimento automatico.
La sfida è quella di rimuovere il cranio sopra la SSA, tagliando e lasciando nell'osso in un unico pezzo più grande, è probabile che fallisca perché l'osso è attaccato alla dura. Combinando due foto su un'immagine di calcio ad ampio campo, il nostro recente lavoro ha rivelato l'architettura funzionale della direzione del movimento nel topo SC sia a risoluzione singola che su scala globale. Abbiamo scoperto che i neuroni con preferenza simile formano chiazze fino a 500 micrometri sotto il globale verso l'alto sul movimento nasale.
Con il nostro protocollo, stiamo colmando due lacune nella ricerca. In primo luogo, i ricercatori possono eseguire l'imaging a lungo termine in SC di topo con una risoluzione di una singola cellula senza rompere la corteccia. In secondo luogo, i ricercatori possono registrare la neuroattività attraverso l'intero SC utilizzando il microscopio a campo largo.
Il nostro protocollo fornisce una misura per visualizzare lo SC mediale posteriore alla risoluzione di una singola cellula con una corteccia intatta nei topi. Inoltre, utilizziamo un tappo biocompatibile per esporre l'SC, che riduce l'infezione per l'imaging cronico. I nostri risultati forniscono un modo per studiare la codifica neurale delle informazioni visive in un ampio campo visivo.
In combinazione con l'optogenetica, si possono studiare i mezzi input provenienti da diverse regioni cerebrali che modulano la neuroattività in SC.
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Panoramica
Questo studio fornisce un protocollo per l'imaging delle risposte di calcio nel collicolo superiore (SC) di topi svegli, utilizzando la microscopia a due fotoni per catturare l'attività di singoli neuroni mentre si preserva la corteccia nei topi wild-type, e impiegando la microscopia a campo ampio per l'intero SC nei topi mutanti con parziale corteccia.
Componenti Principali dello Studio
Area di Scienza
- Neuroscienza
- Tecniche di Imaging
- Elaborazione Visiva
Sfondo
- Il collicolo superiore svolge un ruolo cruciale nell'elaborazione delle informazioni visive.
- Comprendere la codifica neuronale nello SC è essenziale per chiarire i meccanismi di elaborazione visiva.
- I metodi di imaging precedenti possono disturbare l'integrità corticale, complicando gli studi di registrazione a lungo termine.
- Questo protocollo cerca di affrontare queste sfide fornendo un approccio minimamente invasivo per l'imaging.
Scopo dello Studio
- Stabilire un metodo affidabile per l'imaging del calcio a lungo termine nel SC del topo.
- Facilitare la registrazione della neuroattività in tutto lo SC senza disturbare la corteccia.
- Migliorare la comprensione di come le informazioni visive sono rappresentate a livello neuronale nello SC.
Metodi Utilizzati
- Lo studio impiega tecniche di microscopia a due fotoni e a campo ampio.
- Vengono utilizzati modelli di topi wild-type e mutanti, utilizzando un virus adeno-associato per esprimere GCaMP6m per l'imaging del calcio.
- Le metodologie chiave includono l'impianto di una placca per la testa, approcci chirurgici per esporre lo SC e l'uso di una ventosa per l'imaging cronico.
- Dopo l'iniezione virale, si osserva un periodo di recupero di tre settimane prima dell'inizio dell'imaging.
- Passi chirurgici dettagliati assicurano danni minimi ai tessuti circostanti.
Risultati Principali
- Il protocollo consente un esame dettagliato dell'attività neuronale associata alle preferenze di direzione del movimento all'interno dello SC.
- I risultati indicano che i neuroni che mostrano preferenze simili possono raggrupparsi, influenzando l'elaborazione del segnale visivo in aree estese.
- L'imaging cronico è realizzabile mantenendo l'integrità corticale, facilitando gli studi in corso sulla dinamica neuronale.
- La combinazione dei dati dell'immagine con l'optogenetica permette l'indagine degli input modulatori da altre regioni del cervello.
Conclusioni
- Questo studio stabilisce un metodo robusto per analizzare la segnalazione del calcio nello SC, contribuendo significativamente alla comprensione dei meccanismi di elaborazione visiva.
- Le tecniche di imaging delineate promettono progressi negli studi longitudinali dell'attività neuronale in animali svegli.
- Tali metodologie miglioreranno l'indagine dei meccanismi neuronali e le loro implicazioni per il comportamento visivo e i disturbi.
Domande Frequenti
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
