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O nível de cálcio intracelular é um marcador preciso de excitabilidade neuronal. A imagem de cálcio mede as alterações no cálcio intracelular para entender a atividade neuronal1. Estudos em neurociência têm utilizado cada vez mais esse método devido ao desenvolvimento de técnicas para medir a concentração intracelular de cálcio, incluindo indicadores de cálcio geneticamente codificados (GECIs), como o GCaMP2,3, que podem ser expressos de forma não invasiva em conjuntos específicos de neurônios por meio de abordagens genéticas. Os menores custos de lasers e componentes do microscópio também aumentaram o uso de imagens de cálcio4. É importante ressaltar que a imagem de cálcio permite registrar e estudar neurônios únicos, bem como grandes populações de neurônios simultaneamente em animais em movimento livre5.
No entanto, a análise de dados de imagem de cálcio é desafiadora porque (1) envolve o rastreamento das mudanças na fluorescência de células individuais ao longo do tempo, (2) o sinal de fluorescência desaparece intermitentemente ou reaparece com respostas neuronais e (3) os neurônios podem se mover em todas as direções, especificamente dentro e fora de um plano focal ou aparecendo em vários planos4, 6. A análise manual é demorada e torna-se impraticável à medida que a duração das gravações e o número de neurônios aumentam. Vários programas de software foram desenvolvidos para acelerar o processo de análise de imagens de cálcio. Anteriormente, o software era projetado em um contexto experimental limitado, dificultando a adoção por outros laboratórios. Esforços recentes para atender aos padrões modernos de compartilhamento de software levaram ao desenvolvimento de várias ferramentas que podem analisar consistentemente dados de imagem de cálcio em diferentes grupos 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19 . No entanto, a maioria dessas ferramentas requer conhecimento de programação e / ou depende de software comercial. A falta de conhecimento de programação e paywalls de software dissuadem os pesquisadores de adotar esses métodos. Além disso, muitas dessas ferramentas se concentram na correção do movimento x/y, embora o movimento no eixo z também precise ser explicitamente diagnosticado e corrigido6. Há uma necessidade de uma ferramenta computacional para analisar imagens de cálcio 3D que se concentram em neurônios que exibem deriva z e aparecem em vários planos z. Idealmente, essa ferramenta deve usar software de código aberto e não exigir conhecimento de programação para permitir que outros laboratórios a adotem prontamente.
Aqui, desenvolvemos um novo plugin ImageJ, TACI, para analisar dados de imagem de cálcio 3D. Primeiro, o software renomeia, se necessário, e organiza os dados de imagem de cálcio 3D por posições z. As células de interesse são rastreadas em cada posição z, e suas intensidades de fluorescência são extraídas pelo TrackMate ou outras ferramentas computacionais. O TACI é então aplicado para examinar o movimento no eixo z. Ele identifica o valor máximo de uma pilha z e o usa para representar a intensidade de uma célula no ponto de tempo correspondente. Este fluxo de trabalho é adequado para analisar imagens de cálcio 3D com movimento em todas as direções e / ou com neurônios sobrepostos na direção lateral (x / y), mas aparecendo em diferentes posições z. Para validar esse fluxo de trabalho, foram usados conjuntos de dados de imagem de cálcio 3D de neurônios termossensíveis de larvas de moscas e neurônios de cogumelos no cérebro. De notar, TACI é um plugin ImageJ de código aberto e não requer nenhum conhecimento de programação.