Tutaj opisujemy procedury eksperymentalne związane z dwufotonowym obrazowaniem kory myszy podczas zachowania w środowisku wirtualnej rzeczywistości.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj opisujemy procedury eksperymentalne związane z dwufotonowym obrazowaniem kory myszy podczas zachowania w środowisku wirtualnej rzeczywistości.
W ostatnich latach obrazowanie dwufotonowe stało się nieocenionym narzędziem w neurobiologii, ponieważ pozwala na przewlekły pomiar aktywności genetycznie zidentyfikowanych komórek podczas zachowania1-6. W tym miejscu opisujemy metody wykonywania obrazowania dwufotonowego w korze myszy, podczas gdy zwierzę porusza się w środowisku rzeczywistości wirtualnej. Skupiamy się na aspektach procedur eksperymentalnych, które są kluczowe dla obrazowania zachowującego się zwierzęcia w jasno oświetlonym środowisku wirtualnym. Kluczowe problemy, które pojawiają się w tej eksperymentalnej konfiguracji, którą tutaj omawiamy, to: minimalizacja artefaktów związanych z ruchem mózgu, minimalizacja wycieku światła z systemu projekcji rzeczywistości wirtualnej oraz minimalizacja uszkodzeń tkanek wywołanych laserem. Dostarczamy również przykładowe oprogramowanie do sterowania środowiskiem wirtualnej rzeczywistości i śledzenia uczniów. Dzięki tym procedurom i zasobom powinno być możliwe przekształcenie konwencjonalnego mikroskopu dwufotonowego do użytku u zachowujących się myszy.
Dwufotonowe obrazowanie wskaźników wapnia (genetycznie kodowanych jak GCaMP57 lub R-GECO8, lub syntetycznych barwników, takich jak OGB lub Fluo4) okazało się potężną metodą pomiaru aktywności neuronalnej u zachowujących się myszy1-6. Umożliwia jednoczesny pomiar aktywności setek komórek z rozdzielczością zbliżoną do pojedynczego potencjału czynnościowego, do około 800 μm poniżej powierzchni mózgu9,10. Co więcej, za pomocą genetycznie kodowanych wskaźników wapnia (GECI) aktywność neuronalna może być mierzona przewlekle5,11,12 oraz w genetycznie zdefiniowanych typach komórek13. Razem metody te zapewniają pewien stopień rozdzielczości czasowej i przestrzennej, który otwiera wiele nowych możliwości w badaniu obliczeń neuronalnych in vivo.
Interwencja chirurgiczna jest konieczna, aby ujawnić i oznaczyć mózg myszy do obrazowania. Komórki są zazwyczaj transfekowane za pomocą rekombinowanego systemu wirusa związanego z adenowirusem (AAV) do dostarczania GECI, a okno czaszkowe jest wszczepiane w miejsce wstrzyknięcia, aby uzyskać optyczny dostęp do mózgu. Następnie do czaszki mocuje się pręt na głowę w celu unieruchomienia głowy pod mikroskopem dwufotonowym. Zaprojektowanie i wdrożenie tych kroków ma kluczowe znaczenie, ponieważ większość problemów z obrazowaniem w stanie czuwania wynika z niestabilności preparatu. Idealnie byłoby, gdyby opisana tutaj procedura pozwalała na przewlekłe obrazowanie przez okres do kilku miesięcy po operacji.
Aby umożliwić wizualne sterowanie zachowaniem podczas obrazowania dwufotonowego, mysz z głową umieszczoną na podtrzymywanej przez powietrze sferycznej bieżni, której może używać do poruszania się w środowisku wirtualnej rzeczywistości. Poruszanie się myszy na bieżni jest sprzężone z ruchem w środowisku wirtualnym, które jest wyświetlane na toroidalnym ekranie otaczającym mysz14,15. Zmienne behawioralne, takie jak lokomocja, bodziec wzrokowy i pozycja źrenicy, mogą być rejestrowane6.
Opisujemy procedury związane z przewlekłym obrazowaniem dwufotonowym u myszy eksplorujących środowisko wirtualnej rzeczywistości. Kluczowymi punktami, o których mowa, są: redukcja artefaktów ruchu, redukcja wycieku światła, maksymalizacja liczby jednocześnie nagrywanych komórek oraz minimalizacja uszkodzeń fotograficznych. Podajemy również szczegółowe informacje na temat konfiguracji bieżni pneumatycznej, śledzenia uczniów i środowiska rzeczywistości wirtualnej. Opisane tutaj procedury mogą być wykorzystane do obrazowania fluorescencyjnie znakowanych populacji komórek u myszy z unieruchomioną głową w potencjalnie szerokiej gamie paradygmatów behawioralnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury na zwierzętach zostały zatwierdzone i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi Departamentu Weterynaryjnego Kantonu Bazylea-Miasto.
1. Konfiguracja sprzętu i oprogramowania
2. Wstrzyknięcie genetycznego wskaźnika wapnia i implantu okiennego
Wstrzyknięcie wskaźnika wapnia20 i implantacja okna czaszkowego21 są wykonywane zgodnie z wcześniejszym opisem z następującymi dodatkami:
3. Procedura eksperymentalna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jakość obrazu w dwufotonowym obrazowaniu wapniowym populacji komórek oznaczonych GECI w dużej mierze zależy od jakości implantu okna czaszkowego. Dwa tygodnie po wstrzyknięciu wirusa okienko czaszkowe powinno zostać sprawdzone pod kątem jasności. Nie powinna być widoczna ziarnina ani odrost kostny (ryc. 1A). Ponadto wzór powierzchownych naczyń krwionośnych powinien pozostać niezmieniony, a granice układu krwionośnego powinny być ostro określone. W tym samym czasie można również sprawdzić ekspresję GECI. ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Kluczem do sukcesu behawioralnego obrazowania dwufotonowego jest stabilność preparatu na dwa sposoby:
Aby ograniczyć do minimum zapalną odpowiedź imm...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Ta praca była wspierana przez Instytut Badań Biomedycznych im. Friedricha Mieschera, Towarzystwo Maxa Plancka oraz Human Frontiers Science Program.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Szkiełka nakrywkowe (średnica = 3-5 mm) | Implant okienny | Menzel | |
| InSight DeepSee laser | Mikroskop Spectra-Physics | ||
| 12 kHz Skaner rezonansowy | Mikroskop Cambridge Technology | G1-003-30026 | |
| Galwometr | Mikroskop Cambridge Technology | G6215H | |
| Digitizer | National Instruments | NI 5772 | mikroskop |
| FPGA | National Instruments | Mikroskop | PXIe 7965R |
| Karta akwizycyjna | Mikroskop National | Instruments PCIe 6363 | |
| Filtr emisyjny 525/50 | Mikroskop Semrock | FF03-525/50-25 | |
| Piezoelektryczny z-drive | Mikroskop Physikinstrumente | P-726.1CD | |
| Sterownik do piezoelektrycznego napęd | Mikroskop Physikinstrumente | E665 LVPZT | |
| Obiektyw 16X, 0,8NA | Mikroskop | Nikon | CFI75 |
| Wzmacniacz prądu | Mikroskop | Femto | DHPCA-100 |
| Tubus powielacza zdjęć | Mikroskop | Hamamatsu | |
| Kamera USB bez filtra podczerwieni | ObrazowanieŹródło | DMK22BUC03 | śledzenie |
| źrenicyObiektyw 50 mm | ImagingSource | M5018-MP | śledzenie źrenic |
| Pierścienie adaptera makro | Śledzenie źrenic | ImagingSource | LAexSet |
| Optyczna mysz komputerowa | Logitech | G500 | śledzenie ruchu |
| Kula styropianowa 20 cm | np. idee-shop.de | 08797.00.15 | środowisko wirtualne |
| Projektor LED | Samsung | SP-F10M | wirtualny środowisko |
| Karta akwizycyjna | National Instruments | NI 6009 | środowisko wirtualne |
| Silnik gry | www.panda3d.org | środowisko wirtualne | |
| Biblioteka Numpy dla Pythona | www.scipy.org | środowisko wirtualne | |
| Scipy biblioteka dla Pythona | www.scipy.org | środowisko wirtualne | |
| Sterownik NI-DAQmx | National Instruments | www.ni.com | środowisko wirtualne |
| Żel ultrasonograficzny | Dahlhausen | 5701.0342.10 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie