Imagem de cálcio no colículo superior de camundongos
April 21st, 2023
Este protocolo detalha o procedimento para obter imagens de respostas de cálcio no colículo superior (CS) de camundongos acordados, incluindo a obtenção de imagens da atividade de um único neurônio com microscopia de dois fótons, deixando o córtex intacto em camundongos selvagens, e a obtenção de imagens de todo o SC com microscopia de campo largo em camundongos mutantes do córtex parcial.
Minha pesquisa se concentra em codificação neural e mecanismos de processamento visual. Estamos tentando responder como várias informações são codificadas no cérebro, especialmente no colículo superior sob os neuro-mecanismos subjacentes. Para entender o processamento visual, os cientistas combinam várias abordagens, incluindo morfologia neuronal, traçado anterógrado e retrógrado, sequenciamento de IL, modelagem neuro, aprendizado de máquina, é bem compreendido.
O desafio é remover o crânio sobre o SSA, cortando e deixado no osso em um pedaço maior, é provável que falhe porque o osso está ligado à dura-máter. Combinando duas fotos em uma imagem de cálcio de campo amplo, nosso trabalho recente revelou a arquitetura de função da direção do movimento no SC do camundongo em resolução de célula única e escala global. Descobrimos que neurônios com preferência semelhante formam manchas de até 500 micrômetros sob o movimento global para cima no movimento nasal.
Com nosso protocolo, estamos abordando duas lacunas de pesquisa. Primeiro, os pesquisadores podem realizar imagens de gesso de longo prazo em SC de camundongos em uma única resolução de célula sem quebrar o córtex. Em segundo lugar, os pesquisadores podem registrar a neuroatividade em toda a CS usando microscópio de campo largo.
Nosso protocolo fornece uma medida para obter imagens das CT póstero-mediais em resolução de célula única com um córtex intacto em camundongos. Além disso, usamos um plugue biocompatível para expor o SC, o que reduz a infecção por exames crônicos. Nossos resultados fornecem uma maneira de estudar a codificação neural da informação visual através de um grande campo visual.
Combinado com a optogenética, pode-se estudar meias entradas de diferentes regiões cerebrais modulando a neuroatividade em CT.
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Visão Geral
Este estudo fornece um protocolo para a imagem de respostas de cálcio no colículo superior (CS) de camundongos acordados, utilizando microscopia de dois fótons para capturar a atividade de neurônios únicos enquanto preserva o córtex em camundongos do tipo selvagem, e empregando microscopia de campo amplo para todo o CS em camundongos mutantes de córtex parcial.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Técnicas de Imagem
- Processamento Visual
Fundamentos
- O colículo superior desempenha um papel crucial no processamento de informações visuais.
- Compreender a codificação neuronal no CS é essencial para elucidar os mecanismos de processamento visual.
- Métodos de imagem anteriores podem perturbar a integridade cortical, complicando estudos de gravação de longo prazo.
- Este protocolo busca abordar esses desafios fornecendo uma abordagem minimamente invasiva para a imagem.
Propósito do Estudo
- Estabelecer um método confiável para a imagem de cálcio de longo prazo no CS do camundongo.
- Facilitar a gravação da neuroatividade em todo o CS sem perturbar o córtex.
- Aprimorar a compreensão de como as informações visuais são representadas neuronalmente no CS.
Métodos Utilizados
- O estudo emprega técnicas de microscopia de dois fótons e de campo amplo.
- Modelos de camundongos do tipo selvagem e mutantes são utilizados, utilizando um vírus adeno-associado para expressar GCaMP6m para imagem de cálcio.
- As principais metodologias incluem implantação de placa de cabeça, abordagens cirúrgicas para expor o CS e o uso de uma ventosa para imagem crônica.
- Após a injeção viral, um período de recuperação de três semanas é observado antes do início da imagem.
- Passos cirúrgicos detalhados garantem dano mínimo aos tecidos circundantes.
Principais Resultados
- O protocolo permite o exame detalhado da atividade neuronal associada às preferências de direção de movimento dentro do CS.
- Os achados indicam que neurônios que exibem preferências semelhantes podem se agrupar, impactando o processamento de sinais visuais em áreas extensas.
- A imagem crônica é alcançável mantendo a integridade cortical, facilitando estudos contínuos da dinâmica neuronal.
- Combinar dados de imagem com optogenética permite a investigação de entradas moduladoras de outras regiões do cérebro.
Conclusões
- Este estudo estabelece um método robusto para analisar a sinalização de cálcio no CS, contribuindo significativamente para a compreensão dos mecanismos de processamento visual.
- As técnicas de imagem delineadas prometem avanços em estudos longitudinais da atividade neuronal em animais acordados.
- Tais metodologias aprimorarão a investigação dos mecanismos neuronais e suas implicações para o comportamento visual e distúrbios.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
High-resolution calcium imaging in the mouse superior colliculus (SC) enables direct interrogation of neural coding underlying visual processing, supporting mechanistic de-risking at the target validation stage. The ability to capture both single-cell and whole-structure activity in awake animals provides predictive confidence for translational neuroscience and neuropharma portfolios. This dual-scale approach strengthens early discovery decisions and informs downstream assay development for visual system targets.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional mapping of visual processing circuits at cellular and network levels.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing inherited versus de novo neural coding in the SC.
- Provides quantitative neural activity data to inform target selection and validation.
- Facilitates hypothesis-driven interrogation of visual feature encoding in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Establishes validated imaging platforms for reproducible measurement of neuronal responses.
- Delivers quantitative, scalable readouts suitable for compound screening in visual pathway models.
- Enables standardization of assay conditions for cross-study and cross-team comparability.
- Supports development of robust phenotypic screening assays for neuroactive compounds.
Translational & Preclinical Research
- Aligns neural activity measurements with translational biomarkers of visual function.
- Provides continuity from discovery-stage neural coding to preclinical validation of visual system interventions.
- Enables risk-adjusted advancement of visual pathway targets based on in vivo functional data.
- Supports mechanistic studies of circuit modulation using optogenetic integration.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging protocol bridges early discovery and preclinical research by enabling hypothesis testing, pathway clarification, and quantitative analytics in the SC. It is positioned for integration from target validation through lead identification and translational studies.
- Discovery Biology: Facilitates direct measurement of neural coding and pathway function in the SC.
- Screening: Provides reproducible, quantitative imaging outputs for assay development and compound evaluation.
- Analytics: Delivers high-content data on neuronal activity, supporting statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Connects in vivo neural activity to potential biomarkers for visual system disorders.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable imaging platform adaptable to other brain regions and research questions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation and reduces mechanistic ambiguity in visual processing research.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows for reproducibility and scalability across studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing robust functional data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of visual system targets and supports advancement decisions with quantitative evidence.
Implementation Considerations
- Requires expertise in in vivo imaging, surgical preparation, and data analysis.
- Demands access to two-photon and wide-field microscopy platforms and supporting infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of animal handling, viral delivery, and imaging protocols.
- Adaptable to other brain regions with protocol modifications as supported by the source.
- Long-term imaging stability and precise targeting are practical considerations for chronic studies.
Biopharma FAQs
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
