A gravação ótica da atividade neural supraliminares com resolução de uma única célula e um único pico

Resumo

A compreensão da função do sistema nervoso central, dos vertebrados requer gravações de muitos neurónios porque a função cortical surge no nível de populações de neurónios. Aqui nós descrevemos um método óptico para registrar a atividade neural supraliminares com resolução de uma única célula e um único ponto, pontilhado de acesso aleatório de digitalização. Este método registra somáticas fluorescência sinais de cálcio de até 100 neurônios com alta resolução temporal. Um algoritmo de máxima verosimilhança deconvolves a actividade neural subjacente supraliminares a partir dos sinais de cálcio somáticas de fluorescência. Este método fiável detecta picos com elevada eficiência de detecção e uma baixa taxa de falsos positivos e pode ser usado para estudar as populações neuronais In vitro E In vivo.

Resumo

Sinalização de informação no sistema central nervoso dos vertebrados é frequentemente realizado por populações de neurónios, em vez de neurónios individuais. Também propagação da atividade spiking supraliminares envolve populações de neurônios. Estudos empíricos que abordam função cortical diretamente, portanto, exigem gravações de populações de neurônios com alta resolução. Aqui nós descrevemos um método óptico e um algoritmo de deconvolução para gravar a atividade neural de até 100 neurônios com resolução de uma única célula e um único ponto. Este método baseia-se na detecção de aumentos transientes na concentração de cálcio intracelular associada com picos somática supraliminares eléctricos (potenciais de acção) em neurónios corticais. Alta resolução temporal das gravações ópticas é conseguido através de um método rápido de acesso aleatório utilizando acústico-ópticos deflectores (EOA) ^1. Dois fotões de excitação dos resultados de cálcio sensíveis corante em alta resolução espacial em tis cerebrais opacosprocessar ^2. Reconstrução de picos de fluorescência das gravações de cálcio é conseguida por um método de máxima verosimilhança. Simultâneas gravações electrofisiológicos e óptica indicam que o nosso método fiável detecta pontos (> 97% de eficiência de detecção de pico), tem uma baixa taxa de falso positivo de detecção de pico (<0,003 espigas / s), e um de alta precisão temporal (cerca de 3 ms) ^3. Este método de detecção óptica pico pode ser utilizado para registar a actividade neural in vitro e em animais anestesiados in vivo ^3,4.

Protocolo

1. Configuração óptica (Figura 1)

1. Por dois fótons de excitação de um sistema de laser infravermelho pulsado com pulsos de femtossegundos é usado. Um laser de alta potência de saída (em alguns casos> 2W em 890 nm de comprimento de onda) é necessária para compensar as perdas de grandes introduzidos pelos componentes ópticos do sistema.
2. Um sistema prechirper consistindo de dois prismas transmite uma dispersão da velocidade de grupo negativo (GVD) sobre os pulsos de laser antes de os deflectores acústico-ópticos (EOA), para compensar a dispersão temporal introduzido pelo EOA ^1.
3. Dois EOA com aberturas grandes (de 10 mm para um obj....

Discussão

Digitalização de acesso aleatório Rasterizado indiretamente detecta atividade supraliminares spiking dos aumentos do cálcio intracelular somática associada a cada ponto em um somata neurônio. Os aumentos na concentração de cálcio intracelular são detectados por corantes fluorescentes de cálcio. As limitações da digitalização de acesso aleatório pontilhada surgem em grande parte a partir da relação de sinal-para-ruído limitado de sinais de fluorescência de cálcio. A razão sinal-para-ruído é, por sua vez limitado por foto.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente	Companhia	Número de catálogo	Comentários (opcional)
			Os componentes ópticos são listados em ordem, a partir do laser
Titã: Safira Laser	Coerente Inc.	Chameleon Ultra 2	Alta potência de saída recomendada (> 2W a 900 nm)
Lente acromática f = 30 mm	Thor laboratórios	AC254-030-B	Revestimento anti-reflexo (AR) para 650-1050 nm
Lente acromática f = 100 mm	Thor laboratórios	AC254-100-B	AR 650-1050 nm
Lente F = 75 mm	Thor laboratórios	LA1608-B	AR 650-1050 nm
Lente F = 175 milímetros	Thor laboratórios	LA1229-B	AR 650-1050 nm
Lente acromática f = 300 mm	Thor laboratórios	AC254-300-B	AR 650-1050 nm
Lente acromática f = 100 mm	Thor laboratórios	AC254-100-B	AR 650-1050 nm
Lente acromática f = 100 mm	Thor laboratórios	AC254-100-B	AR 650-1050 nm
Acústico-ópticos defletores	Intraaction Corp	ATD 6510CD2
Grade de difração reflexivo	Newport	53-011R	100 ranhuras / mm para EOA com 65 MHz de largura de banda e ângulo de leitura de 45 mrad
21,6 milímetros Brewster prismas	Lambda de Pesquisa Óptica Inc.	IBP21.6SF10
Vidro colorido	Schott	BG-39
Espelho dicróico	Chroma Technology Corp	Z532RDC
Módulos fotomultiplicadores	Hamamatsu	H9305-03
DAC-ADC bordo	National Instruments	PCI-6115
Verde Oregon 488 BAPTA-1 AM	Invitrogen	O-6807