Miniscoop registreert calciumsignalen op de hippocampus van muizen die door een geurpluim navigeren

Mijn onderzoek is gericht op het begrijpen hoe de hersenen olfactorische en ruimtelijke informatie verwerken. En we proberen de rol van hippocampale CA1-neuronen bij de navigatie van geurpluimen te begrijpen. Momenteel wordt de technologie van vrij bewegende opnames van neuronen met miniatuurmicroscopen gebruikt om onderzoek in het veld vooruit te helpen.

We ontdekten dat het mogelijk is om het traject van de muis te decoderen die door de geurpluim navigeert op basis van neuronen en calciumsignalen in dorsaal CA1. Deze techniek combineert de voordelen van miniscooptechnologie voor het registreren van GCaMP-calciumsignalen met de gevestigde rij CA1 hippocampus ruimtelijke navigatie. om beter te begrijpen hoe neurale circuits complex gedrag aansturen, zullen we onderzoeken hoe de navigatie van geurpluimen wordt belemmerd in een muismodel van de ziekte van Alzheimer met abnormale CA1-hippocampusfunctie.

Bouw om te beginnen een kamer met twee acrylwanden en een acrylplafond en een brede geëxpandeerde polyvinylchloridevloer. De andere twee unieke wanden aan de voor- en achterzijde moeten de luchtstroom bevorderen. Plaats vier sets geurbronnen in combinatie met waterafgiftespuiten op 10 centimeter van elkaar langs de X-as.

Installeer een snelle digitale camera boven de arena om het gedrag van dieren te volgen. Gebruik een aangepaste python-code om de hardware van de geurarena te beheren, en de software integreert de camera en alle hardware voor het opzetten van het experiment. Stel de digitale camera in om een kloksignaal te exporteren bij het opnemen van videoframes voor post-hoc synchronisatie met de miniscoop.

Plaats een snel reagerende miniatuur foto-ionisatiedetector, of PID, dicht bij de geurbron en plaats een andere 10 centimeter verder weg. Zet de versterkingsschakelaar op het voorpaneel van de PID-regelaar in de X vijf-positie. Zet vervolgens de pompschakelaar op het voorpaneel van de PID-regelaar in de hoge stand.

Controleer de lichtgevende diode of het LED-statuslampje op het voorpaneel van de controller om er zeker van te zijn dat de sensoruitgang nul weergeeft voltage in afwezigheid van geurstoffen. Zet de potentiometeroffset op nul, de uitgangsspanning bij afwezigheid van geurstoffen en zet de geurklep in de geurarena aan. Meet de vertraging bij het detecteren van de geurpluim met de PID op elke locatie na het openen van de klep.

Stel om te beginnen de kamer, camera en de foto-ionisatiedetector of PID-sensoren in voor het experiment. Om de muis te trainen, vraagt u hem om naar de achterkant van de arena te gaan. Nadat de muis de achterkant heeft bereikt, levert u handmatig geur en water af in een willekeurige baan en laat u de muis de bron lokaliseren en het water drinken.

Zodra de muis leert om proeven te starten, schakelt u over op geautomatiseerde software voor geurafgifte. Selecteer in de geurnavigatietaak met twee rijstroken willekeurig een van de twee geurpoorten om geur af te geven. En beloon de muis met water wanneer hij de juiste watertuit bereikt Kop bevestig de muis en plaats de miniscoop op de grondplaat met behulp van een micromanipulator.

Draai de stelschroef vast om de miniscoop vast te zetten. Pas de electrowetting-lens aan om het optimale brandpuntsvlak te vinden, zodat het grootste aantal cellen met de hoogste fluorescentie-intensiteit ontstaat. Om een optimaal dynamisch bereik te verkrijgen, gebruikt u dorsaal CA1 en bindt u één GCaMP zes-F-muis vast, waarbij u het vermogen van de miniscoop instelt op ongeveer 30% bij een acquisitiesnelheid van 30 hertz.

Laat de muis los in de geurarena met de miniscoop bevestigd aan de basisplaat. Begin met acquisitie met de interfacekaart om de transistor-transistorlogica, of TTL-uitgang van de digitale camera, en de miniscoop voor synchronisatie op te nemen. Begin met het opnemen van de miniscoop en gedragsfilms en schakel de geautomatiseerde software in voor de geurnavigatietaak met twee tuiten.

Synchroniseer vervolgens de metadata van de geurarena, opgenomen digitale cameraframes en miniscoopframes met behulp van de MATLAB-code synchronize_files_jove.m. Voer met behulp van normcorrectie bewegingscorrectie uit van de gesynchroniseerde miniscoopframes. Identificeer de interessegebieden met in de tijd variërende delta F door F nulsignalen met behulp van extract.

Gebruik het gedragsensemble en het neurale trajectobservatorium om het gedrag en de interessegebieden van elke afzonderlijke proef te visualiseren. De PID-respons nam aanzienlijk toe bij het vrijkomen van de geurpluim, wat de timing van de geurafgifte aangeeft. Meerdere calciumtransiënten werden waargenomen in de dorsale CA1 van de muis tijdens geurnavigatie, wat correleert met geur- en waterbeloningsgebeurtenissen.

Calciumresponsen werden geassocieerd met verschillende stadia van de navigatietaak, waaronder het starten van de proef, het nemen van beslissingen en terugkeren. Het ruimtelijke traject van de muis werd gedecodeerd uit de calciumsignalen, waardoor de rol van de dorsale CA1 bij het in kaart brengen van geur en ruimtelijke informatie werd onthuld.