Calciumbeeldvorming bij superieure colliculus bij muizen
April 21st, 2023
Dit protocol beschrijft de procedure voor het in beeld brengen van calciumresponsen in de superieure colliculus (SC) van wakkere muizen, inclusief het in beeld brengen van de activiteit van één neuron met twee fotonen met behulp van twee-fotonmicroscopie terwijl de cortex intact blijft bij wild-type muizen, en het in beeld brengen van de gehele SC met breedveldmicroscopie bij mutante muizen met gedeeltelijke cortex.
Mijn onderzoek richt zich op neurale codering en mechanismen voor visuele verwerking. We proberen een antwoord te vinden op de vraag hoe verschillende informatie in de hersenen wordt gecodeerd, met name in de superieure colliculus onder de onderliggende neuromechanismen. Om visuele verwerking te begrijpen, combineren wetenschappers verschillende benaderingen, waaronder neuronale morfologie, antegrade en retrograde tracing, IL-sequencing, neuromodellering, machine learning, wordt goed begrepen.
De uitdaging is om de schedel over de SSA te verwijderen, snijden en in het bot in één groter stuk laten, zal waarschijnlijk mislukken omdat het bot aan de dura is bevestigd. Door twee foto's te combineren op een calciumbeeld met een breed veld, onthulde ons recente werk de functiearchitectuur van bewegingsrichting in de SC van de muis bij zowel een enkele celresolutie als een globale schaal. We ontdekten dat neuronen met een vergelijkbare voorkeur patches vormen tot 500 micrometer onder globaal naar boven op de nasale beweging.
Met ons protocol pakken we twee lacunes in het onderzoek aan. Ten eerste kunnen onderzoekers langdurige castbeeldvorming uitvoeren in SC van muizen met een enkele celresolutie zonder de cortex te breken. Ten tweede kunnen onderzoekers de neuroactiviteit over de hele SC registreren met behulp van widefield microscoping.
Ons protocol biedt een maat om de posterieure mediale SC in beeld te brengen met een resolutie van één cel met een intacte cortex bij muizen. Ook gebruiken we een biocompatibele plug om de SC bloot te leggen, wat infectie vermindert voor chronische beeldvorming. Onze resultaten bieden een manier om de neurale codering van visuele informatie over een groot gezichtsveld te bestuderen.
In combinatie met optogenetica kan men de helft van de input van verschillende hersengebieden bestuderen die de neuroactiviteit in SC moduleren.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie biedt een protocol voor het beeldvormen van calciumresponsen in de superieure colliculus (SC) van wakkere muizen, waarbij gebruik wordt gemaakt van twee-foton microscopie om de activiteit van afzonderlijke neuronen vast te leggen terwijl de cortex in wild-type muizen behouden blijft, en breedveld microscopie voor de gehele SC in partiële-cortex mutante muizen.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Beeldvormingstechnieken
- Visuele verwerking
Achtergrond
- De superieure colliculus speelt een cruciale rol in de verwerking van visuele informatie.
- Het begrijpen van neuronale codering in de SC is essentieel voor het verhelderen van visuele verwerkingsmechanismen.
- Eerdere beeldvormingsmethoden kunnen de corticale integriteit verstoren, wat langdurige opnamestudies bemoeilijkt.
- Dit protocol probeert deze uitdagingen aan te pakken door een minimaal invasieve aanpak voor beeldvorming te bieden.
Doel van het onderzoek
- Om een betrouwbare methode voor langdurige calciumbeeldvorming in de muis SC te vestigen.
- Om de registratie van neuroactiviteit over de gehele SC te vergemakkelijken zonder de cortex te verstoren.
- Om het begrip van hoe visuele informatie op neuronaal niveau in de SC wordt vertegenwoordigd te verbeteren.
Gebruikte methoden
- De studie gebruikt twee-foton en breedveld microscopie technieken.
- Wild-type en mutante muismodellen worden gebruikt, met behulp van een adeno-geassocieerd virus om GCaMP6m te expresseren voor calciumbeeldvorming.
- Belangrijke methodologieën omvatten de implantatie van een hoofdplaat, chirurgische benaderingen om de SC bloot te leggen, en het gebruik van een zuigcup voor chronische beeldvorming.
- Na de virale injectie wordt een herstelperiode van drie weken waargenomen voordat de beeldvorming begint.
- Gedetailleerde chirurgische stappen zorgen voor minimale schade aan omliggende weefsels.
Belangrijkste resultaten
- Het protocol maakt een gedetailleerde onderzoek van neuronactiviteit geassocieerd met bewegingsrichtingsvoorkeuren binnen de SC mogelijk.
- Bevindingen geven aan dat neuronen met vergelijkbare voorkeuren kunnen clusteren, wat de visuele signaalverwerking over uitgestrekte gebieden beïnvloedt.
- Chronische beeldvorming is haalbaar terwijl de corticale integriteit behouden blijft, wat doorlopende studies van neuronale dynamiek mogelijk maakt.
- Het combineren van beeldgegevens met optogenetica maakt onderzoek naar modulatoire inputs van andere hersengebieden mogelijk.
Conclusies
- Deze studie stelt een robuuste methode vast om calciumsignalering in de SC te analyseren, wat een significante bijdrage levert aan het begrijpen van visuele verwerkingsmechanismen.
- De beschreven beeldvormingstechnieken beloven vooruitgang in longitudinale studies van neuronale activiteit bij wakkere dieren.
- Dergelijke methodologieën zullen de onderzoeking van neuronale mechanismen en hun implicaties voor visueel gedrag en stoornissen verbeteren.
Veelgestelde vragen
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
