양국 주 somatosensory corticies (S1) Thy1에서 위의 듀얼 광 창을 통해 신경 활동을 측정 하기 위한 실험 절차 설명-GCaMP6s 유전자 변형 쥐 2 광자 (2 P) 현미경에서 vivo에서를 사용 하 여.
방법 논문
양국 주 somatosensory corticies (S1) Thy1에서 위의 듀얼 광 창을 통해 신경 활동을 측정 하기 위한 실험 절차 설명-GCaMP6s 유전자 변형 쥐 2 광자 (2 P) 현미경에서 vivo에서를 사용 하 여.
포유류 두뇌는 화살 비행기에 걸쳐 표시 된 대칭을 전시 한다. 그러나, 성인 포유류 동물에 대칭 뇌 영역에서 신경 역학에 대 한 자세한 설명을 애매 남아 있습니다. 본이 연구에서는 양자 기본 somatosensory corticies (S1) Thy1에서 위의 듀얼 광 창을 통해 칼슘 역학을 측정 하기 위한 실험 절차 설명-GCaMP6s 유전자 변형 쥐 2 광자 (2 P) 현미경을 사용 하 여. 이 메서드는 머리말을 붙인 기간 비보에대 한 동일한 실험에서 한 번에 녹음 및 양자 마우스 뇌 영역 하나에에서 신경 활동의 quantifications을 수 있습니다. 한 시간 안에 완료 될 수 있는이 방법의 주요 측면 듀얼 광 창과 2 P 이미징의 사용을 만들기 위한 최소 침 습 수술 절차를 포함 합니다. 우리만 S1 영역에서 기술 설명, 비록 메서드를 촉진 하는 뇌 신경망의 구조와 기능 복잡 한 설명 살아있는 두뇌의 다른 지역에 적용할 수 있습니다.
칼슘 및 그것의 규칙 여러 생리 적 프로세스를 중재에 필수적입니다. 칼슘 역학을 모니터링 하는 것은 뇌 질환 1,2,3,,45,6의 병 적인 조건 뿐만 아니라 정상적인 뇌 기능을 이해 하는 데 유용 ,,78. GCaMP6s 형광 이미징 스파이크 번호, 타이밍, 측정을 위한 강력한 도구 이며 시 냅 스의 수준 뿐만 아니라 주파수, 생체 외에서 그리고 vivo에서 9,,1011을 입력 합니다.
포유류 두뇌는 화살 비행기에 걸쳐 표시 된 대칭을 전시 한다. 최근 신경 연구는 대뇌 피 질의 개장에 빛을 발산 하 고 신경 활동에 의해 발생 외상 성 두뇌 또는 척수 부상 6,7을 역할의 그 본래 조직 대칭으로 해당 지역 재생 복구에 여전히 모호한 있습니다.
이 연구에서 우리가 vivo에서 화상 진 찰에 대 한 양측 대칭 광학 윈도 만드는 실험 절차를 설명 합니다. 이러한 광학 창을 사용 하 여, 우리 설명 기본 somatosensory 외피가 (S1)에서 칼슘 역학을 측정 하는 GCaMP6s 유전자 변형 쥐 2 P 현미경을 사용 하 여. 결과 섹션에서 우리는 또한 EGFP 유전자 변형 쥐 2 P 이미지를 사용 하 여 S1 영역에서 다른 시간 지점에서 vivo에서 수지상 형태를 보여줍니다. 양자 S1 영역에 네트워크 역동성에 관한 관찰 메서드는 초기 예 하지만 어떻게 듀얼 오픈 두개골 창의 정상에 포유류 두뇌의 처리 지역 및 대칭 정보를 신경 도움이 될 것입니다. 조건 또는 다른 질병에서 vivo모델.
모든 수술 및 동물 취급 절차 관리 및 실험 동물 사용 (국가 연구 위원회)의 인디애나 대학 학교의 약 기관 동물 관리 및 사용 지침에 대 한 가이드 아래 승인으로 수행한 위원회입니다. 2 광자 영상 설치의 도식 적인 그림은 그림 1에 표시 됩니다.
1. 영상에 대 한 동물을 준비합니다.
2. 만성 두개골 창 준비
3. 2-광자 이미징
4입니다. 데이터 처리
2 별도 실험에서 결과 얻은 양자 광학 창을 사용 하 여, 우리. 첫 번째 실험 EGFP 표현 쥐 이미지 수지상 varicosities 하 고용. 그림 4C 1-3 광 창 이식 후 다른 시간 지점에서 촬영 된 이미지의 예를 보여줍니다. Note 수와 수지상 가지와 쪽이의 위치는 현저 하 게 안정 2 보기 (그림 4D, Ez-프로젝션) 사이.
두 번째 실험 Thy1-GCaMP6s 유전자 변형 생쥐 과도, 따라서 어떻게 칼슘 생리는 하나의 신경에 vivo에서 (그림 6) 내에서 측정 될 수 있다 설명 세포내 칼슘 측정 고용. 이 기술은 기록 하 고 깊은 있는 레이어 V 피라미드 뉴런의 인구에서 자발적인 활동을 계량 사용할 수 있습니다으로 > pia 아래 500 µ m. (각 시간 지점에서 평균 응답으로 계산) 동안 평균 자발적인 응답 수많은 실험을 통해 계산할 수 있습니다. 2 P 기술 multielectrode 기록에 비해 뇌에 작은 기계적인 소요 연장된 기간 동안 대규모 또는 분산 된 신경 인구에서 동시에 활동을 감지의 이점이 있다.
허용 평균 측정을 생성 하기 위해 5-10 재판은 것이 좋습니다. 횟수가 자발적인 응답 또는 특정 자극에 대 한 응답의 내재 변동성에 종속 됩니다. 모든 단계를 엄격 하 게, 위에서 설명한 대로 따를 경우 연구원 두 박 형 두개골 두개골 창 기술에서 훈련 하 고 2 P 칼슘 이미징 vivo에서 하루 1-2 동물에서 양쪽에 100-200의 녹음을 얻을 수 있어야 합니다.
피크 분석 후 컬렉션 피크, 실제 진폭, 지역 및 각 피크에 대 한 반 최대 (FWHM)에 전체 폭의 실제 위치와 같은 결과 얻을 수 있습니다.

그림 1 : 2-광자 (2 P) 이미징 두개골 광 창의 구성 요소의 회로도 그림. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2 : 회로도 그림 두개골 창 준비 하기 위한 주요 단계. (A) 해 현미경 외과 영역인 수술가 위를 사용 하 여 피부를 제거. (B) 사용 뼈까지 S1 영역 두개골에 원형 홈 (직경 3 m m)를 생산 하는 고속 microdrill 홈 내 흔들고 주변 뼈에서 분리 된다. (C) 기본 dura 노출 뼈 플랩 천천히 제거. (D) 조립 2 다른 직경을 가진 coverglasses와 광학 창 위 coverglass 더 큰 직경 (5mm) 있으며 낮은 coverglasses (보통 1-3)는 더 작은 직경 (3mm). 설치 될 coverglasses의 두께 두개골의 두께에 의존 될 것입니다. (E) 장소 두개골의 원형 개통에 coverglass 광학 창을 만들 수 있습니다. coverglasses의 더 낮은 부분 두개골 오프닝 안에 적합 해야 한다. coverglasses의 하단 부드럽게 두 라를 문의 하십시오. (F) 인감 창 cyanoacrylate 접착제로 두개골에 가장자리. (G)는 cyanoacrylate 마른 접착제 벽에 검은 치과 시멘트 측면을 적용. (H) ddH2O와 두개골 창와 물 침수 목표를 사용 하 여 이미지에 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3 . 두개골에 양자 창의 창조. (A) A 사진 이미지 쇼 2 두개골 광학 창 S1 영역 overlying 두개골의 각 측면에. (B) 높은 확대 이미지 (A)의 박스형 영역의 양자 광학 윈도 기본 경질과 혈관 노출 보여주는. 눈금 막대 = 680 µ m. (C) 노출 된 두개골. (D)는 중앙 뼈 플랩 볼 원형 홈 만들기 눈금 막대 = 900 µ m. (E)는 뼈의 제거, 후 두개골 오프닝 인공 척수 (실제)으로 채워졌다. 눈금 막대 = 720 µ m. (F) 두개골 열고 슈퍼 접착제 창의 가장자리 바다 표범 어업 동안 광학 창 설치. 경질 및 혈관 광학 창을 통해 볼 수 있습니다. 눈금 막대 = 600 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4 : 칼슘과 수지상 이미징. (A1) Thy1에 랜드마크로 서 혈관 (BV)를 사용 하 여 관심 영역 식별-GCaMP6s 쥐. (A2) 같은 랜드마크 및 레코드를 사용 하 여 시간이 지남에 따라 동일한 레이블이 셀 (빨간색 화살표)을 식별 합니다. (B) 칼슘의 대표 Z 프로젝션 뉴런 (빨간색 화살표)의 기본 somatosensory 피 질 (S1)에서 신호. 눈금 막대 = 10 µ m. (C1-3) 모 수석 (녹색) 및 b 6에 (빨간색) 혈관의 시각화. Cg-Tg (Thy1-YFP) HJrs/레이어 광학 창 설치 후 1 일에서 S1 영역 II에에서 다른 깊이에서 J. (D) Z-1 일에 같은 지역에서 여러 개의 이미지의 투 상 (E) Z-광 창 설치 후 7 일 이내에 같은 지역에서 여러 개의 이미지의 투 상 수의 놀라운 안정성과 성인 등뼈와 1 일 및 광학 창 설치 후 7 일 사이 수지상 분기의 위치를 note. 눈금 막대 = C-E 5 µ m (C-E). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 칼슘 신호 추적. (A, B) 가져온된 t-시리즈 영화 ImageJ 2 신경의 데이터 분석에 대 한의 예 (1 신경 및 신경 2, 각각). (C) A 스프레드시트 관심 영역에서 조명 강도에 데이터 표시 (ROI; 신경 및 2 지역 근처 별도 내로 조치 배경). 피크의 (D) 계산: Δ/F = (F-FB) / 일박 삼 식 제, FB = (FB1 + f b 2) / (평균 형광 배경 [FB], 형광의 그리고 변화 δ/F로 소마 [F]) 2. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 6 . 대표 칼슘 이미지. (A-D) 칼슘 과도 (녹색)과 혈관 (빨간색) 7 일에는 마우스에 초에 다른 시간 지점에서 광학 창 설치 후 노란색 화살표: 상대적으로 덜 활성화 신경. 흰색 화살표: 스파이크 신경. (E, F) 빨간색 (혈관) 및 녹색 (칼슘) 채널 (E)과 녹색 채널 전용 (F)에 대 일 분 녹화 기간 Z 프로젝션 (G) 선택한 신경 및 그들의 인접 한 배경 영역이 표시 됩니다. 눈금 막대 = 10 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
두 광자 영상 뇌 표면 아래 약 800 µ m까지에 적당 한 해상도에 많은 세포의 활동의 동시 측정을 수 있습니다. 우리 통합 듀얼 광 창 기술과 2 P 있는 레이어 V 신경 somata의 인구에 있는 칼슘 역학 관찰 하 유전자 인코딩된 GCaMP6s > pia 아래 500 µ m. 두개골의 각 측면에 오픈 광학 창, 메서드 신경 활동의 연장과 안정적인 칼슘에 생체 내이미징에 대 한 대칭 포유류 두뇌 지역에 걸쳐 수 있습니다. 이 방법의 주요 측면 대칭 S1 영역에 듀얼 오픈 두개골 광학 창에 최소 침 습 수술 및 신경 활동의 2 P 이미지를 포함 합니다.
양자 S1 지역에서 네트워크 활동 조사 어떻게 듀얼 두개골 윈도우의 예 조사 지역 및 대칭 정보 성인 두뇌 vivo에서 처리를 사용할 수입니다. 이 메서드는 또한 신경 활동 (예: Thy1-GCaMP6s 마우스를 사용 하 여) 대뇌 피 질의 소성 b 6 공부 하 고 사용할 수 있습니다. Cg-Tg (Thy1-YFP) HJrs/deafferentation 일방적인 CNS 부상으로 인해 후 복구에서 해당 대칭 영역의 그대로 조직에서 J. 메서드는 optogenetic, 전기 또는 화학 stimulations 등 주변 자극 전략에 대 한 응답에서 대뇌 피 질의 활동을 검토 하 사용할 수 있습니다. 비록만 S1 영역에서 기술 시연,이 방법은 기본 모터 피 질 (M1)의 레이어 V 신경 세포 등 살아있는 두뇌의 다른 대칭 영역에서 활동을 조사 하 채택 될 수 있습니다. 뇌 영역의 개편에 대 한 관찰 postinjury 복구 기능에 중요 한 역할 적응 모터 동작에 대 한 신경 기질을 제공할 수 있습니다. 그것은 또한 머리 고정 마우스에 동작 동안 유전으로 확인 된 세포의 대칭 활동의 만성 측정에 대 한 수 있습니다.
기술적으로, 조사 품질 및 듀얼 두개골 윈도우의 일관성에 주의 기울여야 한다. 박 형 두개골 두개골 창 기술 12 이 좋습니다 초보자를 위한 연습. 이 그들의 형태학과 지방 유입 및 압출 메커니즘 칼슘 구획 사용 됩니다. 이 연구에서 우리는 b 6를 사용합니다. Cg-Tg (Thy1-YFP) HJrs/J 쥐 수지상 척추 역학에서 vivo에서 (그림 4) 설명 하기 위해 예를 들어. 오픈-두개골 유리 창 설치는 수술 12후 높은 척추 회전율 및 반응성 glial 응답을 발생할 수 있습니다. 반면, 박 형 두개골 창 기술 쪽이 및 모 수석 수 잘 보존.
치수의 선택과 광 창의 두께 원하는 시야, 두개골 곡률, 두개골 두께, 및 이미징 13의 종류에 의존 될 것입니다. 경질에 광학 coverglasses의 부족 압력 두껍게 자라나는 두개골의 경질의 발생할 수 있습니다 그리고 증가 두뇌 모션. 반면, 광 coverglasses의 과도 한 압력 대뇌 피 질의 혈액 흐름을 방해 수 있습니다.
광 창 어셈블리, 접착제 및 광학 접착제와 긴 파장 UV 빛 한 번에 하나의 coverglasses의 추가 레이어를 치료. 접착성 접합을 강화 하기 위해, 따뜻한 인큐베이터에서 조작된 창 (50 ° C 12 h에 대 한). 70% (vol/vol) 에탄올에 광학 창 coverglass를 저장 하 고, 수술을 하기 전에 멸 균 식 염 수와 린스. 광 창 오류 방지 하려면 사용 하기 전에 stereoscope 아래 결점 (같은 광학 접착제 또는 부정확 한 정렬에 대 한 잘못 된 양의)에 대 한 검사를 해야 합니다. 광학 접착제 너무 얇은 경우에, 공기 공간 수 있습니다 수 주름 잡은, 광학 착오 또는 커버 유리 분리 이식에서 발생할 수 있습니다. 반면, 너무 많은 광학 접착제 두개골 창 가장자리 과거 오버플로 일으킬 수 있습니다.
요약 하자면, 여기 우리가 칼슘 역학 또는 2 대칭 기본 somatosensory 외피 지구에서 Thy1에 두개골 창을 통해 수지상 형태학을 측정 하기 위한 실험 절차 설명-GCaMP6s 및 Thy1-YFP 유전자 변형 쥐, 각각 2 P 현미경을 사용 하 여. 이 기술은 크게 신경 네트워크의 복잡 한 구조 및 기능적 관계를 해 부 촉진 수 있습니다.
저자는 공개 없다.
우리는 우수한 기술 지도 대 한 Wenbiao Gan (Skirball 연구소, 학과의 생리학 및 신경 과학, 뉴욕 대학 의과대학, 미국)와 패티 Raley, 의료 편집기 (신경 외과, 인디애나에 매우 감사 대학의 학부), 원고 편집에 대 한. Jinhui 첸 박사 (스 탁 신경 과학 연구소, 인디애나 대학의과 대학, 미국)는 b 6을 제공 하는 감사 합니다. Cg-Tg (Thy1-YFP) HJrs/J 쥐. 이 작품 감독 지난 군사 지역 중 PLA 2016ZD03의 종합 병원의 기초에 의해 부분적으로 지원 되었다 (XJL), 및 NIH NS059622, NS073636, 국방부 CDMRP W81XWH-12-1-0562, 장점을 검토 상 I01 BX002356 노 병의 미국 학과에서 업무, 크레이그 H Neilsen 재단 296749, 인디애나 척수와 뇌 손상 연구 재단, Mari Hulman 조지 기부금 펀드 (XMX).
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| C57BL/6J-Tg(Thy1-GCaMP6s)GP4.3Dkim/J | Jackson | 24275 | 피질의 흥분성 뉴런의 부분 집합에서 녹색 형광 칼슘 지표(GCaMP)를 발현하는 유전적으로 암호화된 뉴런 지표 및 효과기에 의해 만들어진 모든 균주일 수 있습니다. |
| 나6. Cg-Tg(Thy1-EGFP)OJrs/GfngJ입니다. | Jackson | 7919 | 피질의 특정 집단 내의 뉴런 부분 집합에서 EGFP를 발현하는 모든 균주가 될 수 있습니다. 밝고 활력 있는 Golgi와 같은 염색을 제공합니다. |
| Dumont no. 5 집게, 표준, Dumoxel | Fine Science Tools | 11251-30 | 어떤 브랜드도 선택할 수 있습니다. |
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| 록타이트 액체 슈퍼 접착제 | WB 메이슨 | LOC1647358 | 선택의 모든 브랜드가 될 수 있습니다. |
| 그립 시멘트 키트, 분말 및 솔벤트 | Dentsply | 675570 | 모든 브랜드를 선택할 수 있습니다. 흰색 치과용 시멘트 분말(그립 시멘트) 5부와 검은색 템페라 분말 페인트 1부를 혼합합니다(빛을 차단하기 위해, 일부 사용자는 10:1 비율을 선호함). |
| 젤 폼 | Moore Medical | 2928 | 선택의 모든 브랜드가 될 수 있습니다. |
| 마이크로 해부 가위 | Roboz | RS-5841 | 원하는 브랜드가 될 수 있습니다. |
| 인공 뇌척수액(ASF) | - | - | ACSF에는 125mM NaCl, 4.5mM KCl, 26mM NaHCO3, 1.25mM NaH2PO4, 2mM CaCl2, 1mM MgCl2 및 20mM 포도당이 포함되어 있습니다. ACSF에 산소(산소 95%, 이산화탄소 5%)를 거품을 일으키고 pH를 7.4로 조정합니다. 모든 실험 전에 새로운 ACSF 용액을 준비합니다. |
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