匂いプルームをナビゲートするマウスの海馬でのカルシウム信号を記録するミニスコープ

私の研究は、脳が嗅覚情報や空間情報をどのように処理しているかを理解することを目的としています。そして、匂いプルームのナビゲーションにおける海馬CA1ニューロンの役割を理解しようとしています。現在、小型顕微鏡で神経細胞を自在に運動させる記録技術が、この分野の研究を進める上で活用されています。

その結果、マウスが匂いプルームをナビゲートする軌跡を、背側CA1のニューロンとカルシウムシグナルに基づいて解読できることを発見しました。この技術は、GCaMPカルシウム信号を記録するためのミニスコープ技術の利点と、確立されたCA1海馬空間ナビゲーションの列を組み合わせたものです。神経回路が複雑な行動をどのように駆動するかをよりよく理解するために、CA1海馬機能に異常があるアルツハイマー病のマウスモデルにおいて、匂いプルームナビゲーションがどのように損なわれているかを調査します。

まず、2つのアクリル壁、アクリル天井、および広く拡張されたポリ塩化ビニル床を備えたチャンバーを構築します。前面と背面にある他の2つのユニークな壁は、空気の流れを促進する必要があります。4セットの臭気源と送水口を組み合わせて、X軸に沿って10cm離して配置します。

アリーナの上に高速デジタルカメラを設置して、動物の行動を監視します。カスタムPythonコードを使用して臭気アリーナハードウェアを管理し、ソフトウェアはカメラと実験を設定するためのすべてのハードウェアを統合します。ミニスコープとの事後同期のためにビデオフレームを記録するときにクロック信号をエクスポートするようにデジタルカメラを設定します。

高速応答の小型光イオン化検出器(PID)を臭気源の近くに置き、もう1つを10cm離して配置します。PIDコントローラーのフロントパネルにあるゲインスイッチをX5の位置に変更します。次に、PIDコントローラーのフロントパネルにあるポンプスイッチを高い位置に変更します。

コントローラーのフロントパネルにある発光ダイオードまたはLEDステータスライトをチェックして、センサー出力がゼロを示していることを確認してくださいtage臭気物質がない場合。ポテンショメータのオフセットをゼロに切り替え、臭気物質がない場合の電圧出力、および臭気アリーナの臭気バルブをオンにします。バルブを開いた後、各位置のPIDで臭気プルームを検出する遅延を測定します。

まず、実験用のチャンバー、カメラ、光イオン化検出器(PIDセンサー)をセットアップします。マウスをトレーニングするには、アリーナの後ろに移動するように促します。マウスが後ろに到達したら、手動で臭いと水をランダムなレーンに配信し、マウスに発生源を見つけて水を飲ませます。

マウスが試験の開始を学習したら、臭気配信の自動化ソフトウェアに切り替えます。2レーンの臭気ナビゲーションタスクでは、2つの臭気ポートのうち1つをランダムに選択して臭気を配信します。そして、マウスが正しい水の注ぎ口に達したら、マウスに水を与え、ヘッドでマウスを固定し、マイクロマニピュレーターを使用してミニスコープをベースプレートの上に置きます。

止めネジを締めてミニスコープを固定します。エレクトロウェッティングレンズを調整して最適な焦点面を見つけ、蛍光強度が最も高い細胞の最大数を確保します。最適なダイナミックレンジを得るには、背側CA1を使用し、GCaMP six-Fマウス1匹をつないで、ミニスコープの電力を30ヘルツの捕捉速度で約30%に設定します。

ベースプレートに取り付けられたミニスコープで、マウスを臭気アリーナ内で放します。インターフェースボードで取得を開始し、トランジスタ-トランジスタロジック、またはデジタルカメラのTTL出力、および同期用のミニスコープを記録します。ミニスコープと行動動画の録画を開始し、2つの注ぎ口の臭いナビゲーションタスクの自動ソフトウェアをオンにします。

次に、MATLAB コード (synchronize_files_jove.m) を使用して、臭気アリーナのメタデータ、記録されたデジタル カメラ フレーム、ミニ スコープ フレームを同期します。ノルム補正を使用して、同期したミニスコープフレームのモーション補正を行います。抽出を使用して、F×Fのゼロ信号で時間的に変化する関心領域を特定します。

ビヘイビアアンサンブルとニューラルトラジェクトリオブザーバトリーを使用して、各試行の挙動と関心領域を視覚化します。臭気プルームの放出により、PID応答が有意に増加し、臭気の供給のタイミングが示されました。マウスの背側CA1では、匂いナビゲーション中に複数のカルシウム過渡現象が観察され、匂いおよび水分報酬イベントと相関していました。

カルシウム反応は、試験開始、意思決定、帰還など、ナビゲーションタスクのさまざまな段階と関連していました。カルシウムシグナルからマウスの空間軌跡を解読し、匂いと空間情報のマッピングにおける背側CA1の役割を明らかにしました。