Miniscopio che registra i segnali di calcio nell'ippocampo dei topi che navigano in un pennacchio di odori

La mia ricerca mira a capire come il cervello elabora le informazioni olfattive e spaziali. E stiamo cercando di capire il ruolo dei neuroni CA1 dell'ippocampo nella navigazione del pennacchio di odore. Attualmente, la tecnologia delle registrazioni in movimento libero dei neuroni con microscopi in miniatura è stata utilizzata per far progredire la ricerca in questo campo.

Abbiamo scoperto che è possibile decodificare la traiettoria del topo che naviga nel pennacchio di odori in base ai neuroni e ai segnali di calcio nel CA1 dorsale. Questa tecnica combina i vantaggi della tecnologia mini scope per la registrazione dei segnali di calcio GCaMP con la ben consolidata riga di navigazione spaziale dell'ippocampo CA1. per capire meglio come i circuiti neurali guidano comportamenti complessi, Indagheremo su come la navigazione del pennacchio di odori sia compromessa in un modello murino di malattia di Alzheimer con funzione anomala dell'ippocampo CA1.

Per iniziare, costruisci una camera con due pareti acriliche, un soffitto in acrilico e un pavimento in cloruro di polivinile espanso. Le altre due pareti uniche nella parte anteriore e posteriore devono facilitare il flusso d'aria. Posiziona quattro serie di fonti di odori abbinate a beccucci di erogazione dell'acqua a 10 centimetri di distanza lungo l'asse X.

Installa una veloce telecamera digitale sopra l'arena per monitorare il comportamento degli animali. Utilizza un codice python personalizzato per gestire l'hardware dell'arena degli odori e il software integra la fotocamera e tutto l'hardware per l'impostazione dell'esperimento. Impostare la fotocamera digitale per esportare un segnale di clock durante la registrazione di fotogrammi video per la sincronizzazione post-hoc con il mini oscilloscopio.

Posiziona un rilevatore di fotoionizzazione miniaturizzato a risposta rapida, o PID, vicino alla fonte dell'odore e posizionane un altro a 10 centimetri di distanza. Portare l'interruttore di guadagno sul pannello frontale del controller PID sulla posizione X five. Quindi portare l'interruttore della pompa sul pannello frontale del controller PID in posizione alta.

Controllare il diodo a emissione luminosa o la spia di stato a LED sul pannello frontale del controller per assicurarsi che l'uscita del sensore mostri zero voltage in assenza di odoranti. Portare l'offset del potenziometro a zero, l'uscita di tensione in assenza di odori e aprire la valvola degli odori nell'arena degli odori. Misurare il ritardo nel rilevamento del pennacchio di odore con il PID in ogni posizione dopo aver aperto la valvola.

Per iniziare, configura la camera, la fotocamera e il rivelatore a fotoionizzazione, o sensori PID, per l'esperimento. Per addestrare il mouse, chiedigli di spostarsi sul retro dell'arena. Dopo che il mouse ha raggiunto la parte posteriore, eroga manualmente l'odore e l'acqua in una corsia casuale e lascia che il mouse individui la fonte e beva l'acqua.

Una volta che il topo impara ad avviare le prove, passa a un software automatizzato per l'erogazione degli odori. Nell'attività di navigazione degli odori a due corsie, selezionare in modo casuale una delle due porte degli odori per fornire l'odore. E premia il mouse con acqua quando raggiunge il beccuccio dell'acqua corretto La testa ripara il mouse e posiziona il mini cannocchiale sopra la piastra di base usando un micro manipolatore.

Serrare la vite di fermo per fissare il mini cannocchiale. Regolare la lente di elettrobagnatura per trovare il piano focale ottimale, garantendo il maggior numero di celle con la massima intensità di fluorescenza. Per ottenere una gamma dinamica ottimale, utilizzare il CA1 dorsale e legare un mouse GCaMP six-F, impostando la potenza del mini cannocchiale a circa il 30% a una velocità di acquisizione di 30 hertz.

Rilascia il mouse all'interno dell'arena degli odori con il mini cannocchiale attaccato alla piastra di base. Avviare l'acquisizione con la scheda di interfaccia per registrare la logica transistor-transistor, o l'uscita TTL della fotocamera digitale, e il mini oscilloscopio per la sincronizzazione. Inizia a registrare il mini endoscopio e i filmati comportamentali e attiva il software automatizzato per l'attività di navigazione degli odori a due beccucci.

Quindi sincronizza i metadati dell'arena degli odori, i fotogrammi registrati della fotocamera digitale e i fotogrammi del mini oscilloscopio utilizzando il codice MATLAB synchronize_files_jove.m. Utilizzando la correzione delle norme, eseguire la correzione del movimento dei fotogrammi sincronizzati del mini oscilloscopio. Identificare le regioni di interesse con segnali di zero delta F per F variabili nel tempo utilizzando l'estratto.

Utilizza l'insieme comportamentale e l'osservatorio della traiettoria neurale per visualizzare il comportamento e le regioni di interesse di ogni studio separato. La risposta PID è aumentata in modo significativo dopo il rilascio del pennacchio di odore, indicando i tempi di erogazione dell'odore. Molteplici transienti di calcio sono stati osservati nel CA1 dorsale del topo durante la navigazione degli odori, correlandosi con gli eventi di ricompensa degli odori e dell'acqua.

Le risposte al calcio sono state associate a diverse fasi del compito di navigazione, tra cui l'inizio della prova, il processo decisionale e il ritorno. La traiettoria spaziale del topo è stata decodificata dai segnali del calcio, rivelando il ruolo del CA1 dorsale nella mappatura dell'odore e delle informazioni spaziali.