$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Настройка оборудования
Шаг 1.1. Настройка изображения
Ключ к записи напряжения чувствительных сигналов красителя соответствующей конструкции установки. Мы используем прямой микроскоп (Olympus BX51WI или Zeiss AxioExaminer) оснащен тремя камерами. Установка предназначена для освещения отдельных нейронов в срезах мозга при возбуждении светом в эпи-флуоресценции, широкое поле микроскопа режиме, используя любой Nikon 60X/1.0 НС или Zeiss 63X/1.0 НС воды погружения цели. Наши микроскопы крепятся к столу виброизоляции и оснащена моторизованной этапах подвижные. Каждый микроскоп оснащен тремя портами камеры. Один порт камеры имеет стандартную высоким пространственным разрешением ПЗС-камеры для инфракрасной DIC видео-микроскопия (IR-1000, Dage MTI, США). Второй порт камеры быстрого сбора данных камер (до 20 кГц, частота кадров) с относительно низким пространственным разрешением (80 х 80 пикселей), но выдающимся динамическим диапазоном (14 бит) и исключительно низкий читатьшум (NeuroCCD-SM, RedShirtImaging LLC, Атланта). Третий порт Камера имеет ПЗС-камера с высоким пространственным разрешением (PixelFly, 1392x1024 пикселей; PCO AG, Германия), установленный на вращающемся диске-конфокальный сканер (CSU-10, Yokogawa, Япония) используется для сбора Z-стеки конфокальной изображения для подробные морфологические реконструкции окрашенные клетки. С удвоением частоты с диодной накачкой Nd: YVO4 лазер непрерывного излучения (400 мВт), излучающий на длине волны 532 нм (MLL-III/400 мВт; CNI, Чанчунь, Китай) является источником возбуждения светом. 2 мм в диаметре лазерного луча закрытом заслонкой (LS6; Vincent Associates) направлена на световод, соединенный с микроскопом через один порт эпифлуоресцентной конденсатора (ДО Photonics GmbH, Gräfelfing, Германия) предназначен для переполнять назад апертурой Цель и обеспечить практически равномерное освещение плоскости объекта. Лазерное излучение используется вместо обычной ксеноновой дуговой лампы, чтобы максимизировать чувствительность V м-изображений путем: (1) использование монохроматического бывшихЦитата свет в красном крыле спектра поглощения максимально V м чувствительность красителя 9, 10 и (2) увеличение интенсивности возбуждающего света за уровень, что может быть достигнуто путем дуговой лампы. Возбуждающего света нашло отражение в подготовке дихроичного зеркала с центральной длиной волны 560 нм и записанные света флуоресценции пропускают через 610 нм барьер фильтр (Schott RG610). Совокупный эффект от увеличения интенсивности света и использования вблизи оптимальных длин волн монохроматического возбуждения было резкое улучшение в чувствительности напряжения изображений с коэффициентом около 50 по сравнению с предыдущими измерениями 6.
Шаг 1.2. Настройте для равномерного освещения
Использование флуоресценции стандартный слайд (зеленый возбуждения / красного излучения). Вставьте соответствующие фильтры нейтральной плотности на пути лазерного луча, так что ПЗС не насыщен. Фокус целью на поверхностьслайда. Отрегулируйте положение приемном конце кварцевого световода перед целью запуска лазера, и отрегулируйте положение выходного конца света руководство прилагается к микроскопу с помощью соответствующих приводов на флуоресценции конденсатора для достижения центру и равномерное освещенность поля зрения.
Шаг 1.3. Определить колебательных шума
Нанесите небольшое черное пятно краски на поверхность флуоресценции слайд. Запись интенсивности света с NeuroCCD в непрерывном режиме записи. Фокус цель на темном краю черной меткой чернила. Запись интенсивности света в течение 100 мс при 2 кГц частотой кадров. Отображение пространственных средних дробной интенсивность света следы (f / F) от ~ 20 пикселей получения света от равномерно освещенные области и от ~ 20 пикселей по краю чернилами знак. Избыточный шум в записях из пикселей с высокими краями отличие отражает колебательные шума всистемы.
Шаг 1.4. Виброизоляция
Он является обязательным для снижения вибрации с помощью вибрации изоляция таблице ниже уровня дробового шума при интенсивности света сравнима с экспериментальными условиями записи. Настройте таблицу виброизоляции, пока вибрационного шума по интенсивности света из пикселей покрытие резкий край изображения незначительны. Ни один из оборудования с движущимися частями (механические жалюзи, вентиляторы) может быть установлен на столе. Кабели от оборудования на таблице, прилагаемой к другим компонентам, которые не изолированы от вибрации должны быть свободными, чтобы они не передают механические колебания в микроскоп.
2. Выбор соответствующего нейрона для V м-Imaging
Шаг 2.1. Выбор нейронов
Сделать срезах мозга в соответствии со стандартными процедурами. Используйте мышь линии выражения EGFP в отдельных нервных клеток япроценты. С вращающийся диск конфокальной системы, визуализировать EGFP помечены нейронов в срезе. Выберите нейронов V м-изображений с неповрежденными дендритных / аксональной деревьев, а также с процессами параллельно и близко к поверхности среза. Это не может быть достигнуто в мышей дикого типа, потому что аксоны и дендриты тонкий, по большей части, не видны в режиме DIC микроскопии.
3. Загрузка нейронов с напряжением чувствительной краски
Шаг 3.1. Заполнение патч пипетки
Заполните пипетки стеклянные патч от кончика с красителем свободного внутриклеточного решения путем применения отрицательного давления в течение примерно 15 с до 2/3 от электродов конус. Красителя бесплатное решение на кончике необходимо для предотвращения разлива красителя на срез, что увеличивает фоновой флуоресценции и резко снижает отношение сигнал-шум. Вернуться заполнения электрода с раствором, содержащим напряжение мембраны impermeant чувствительной краситель растворяется JPW3028В внутриклеточных решение (0,8 мм).
JPW3028, самый успешный напряжение зонда для внутриклеточных приложений, является вдвойне положительно заряженный аналог ANEP серии липофильных стириловых красителей, что еще достаточно растворимы в воде, которые будут использоваться для микроинъекции. Ди-этиловый аналог этого красителя имеет практически идентичные характеристики (в том числе напряжения чувствительность) и доступен в продаже как JPW1114 (см. Таблицу 1). Мы готовим 20 мМ маточного раствора в дистиллированной H 2 O. 50 мкл аликвоты раствора хранятся замороженными при -20 ° C. Для окончательной концентрации красителя 0,8 мм, 2 мкл раствора растворяют в 50 мкл внутриклеточных решение на день эксперимента. Раствора красителя является стабильной и может храниться при комнатной температуре в течение нескольких месяцев. Таким образом, мы сохраняем один 50 мкл при комнатной температуре, пока не будет израсходован.
Шаг 3.2. Создание гига-уплотнение быстро
Patch ранее выбранного нейрона и обеспечить свободный диффузии красителя из пипетки патч соматических к сому в цельноклеточной конфигурацию 20-45 мин. Важно, чтобы получить печать как можно быстрее, так что количество красителя без решения на кончике может быть небольшим. Начните с практикует быстрые исправления без красителя в электроде. Далее, исправления практики и загрузки нейронов с красителем с целью использования минимального количества красителей бесплатное решение на кончике без загрязнения окружающей ткани. С практикой, можно установить уплотнение в течение 1-2 мин.
Шаг 3.3. Контроль за уровнем окрашивания
Во время красителя диффузии в цельноклеточной конфигурации, мониторинг физиологического состояния нейронов путем регистрации вызванных потенциалов действия в текущем зажим режиме. Кроме того, следить за количеством окрашивания, записывая отдыха интенсивности света (RLI) из клетки сомы с частотой кадров от 2 к Гц, а на долю от полной интенсивности света регулируется с фильтры нейтральной плотности (мы используем 0,04% от интенсивности лазерного излучения от 400 мВт лазер). Продолжить процесс загрузки красителя, пока потенциал действия начинает расширяться, как правило, после 20-40 минут, в зависимости от размера электрода и сопротивления.
Расширение шипованные полностью обратимо и, скорее всего, из-за емкостной нагрузки эффект насыщенного концентрации красителя в мембране соматической. Форма волны всплеска полностью восстановлен после концентрации красителя находится в равновесии по всему нейрону.
Шаг 3.4. Снимите красителя электрода
В конце периода окрашивания, осторожно потяните за патч пипетки от сомы в напряжении конфигурации зажим обеспечения того, чтобы переход от целых клеток для выезда за пределы патч конфигурации достигается в процессе.
Шаг 3.5. Подождите, пока краска диффузии
ных "> Инкубируйте кусочек для дополнительного 1.5-2 часа при комнатной температуре, чтобы обеспечить напряжение чувствительных красителей распространяться в нейронных процессов. после значительного количества красителя диффундирует от сомы в дендритные и аксональной процессов, форма волны AP полностью восстанавливается.
4. Оптической записи
Шаг 4.1. Выбор сотового отсека для работы с изображениями
Найдите сомы окрашенных нейронов при низком уровне света флуоресценции и вновь патч нейрона со стандартной (без красителей) патч электрода ОПК. Визуализируйте нейронных процессов при низком уровне освещенности при частоте кадров 10-40 Гц в режиме непрерывной записи CCD для напряжения изображений. Уменьшить уровень света фильтры нейтральной плотности до минимума, необходимого для визуализации объектов, представляющих интерес. Мы используем 0,01% из 400 лазерных мВт при позиционировании окрашенных нейронов. Использование этапе XY, положение нейронных процессов интереса к тОн середине площадь изображения. Защита сомы от возбуждения света, используя частично закрыта диафрагма поля остановки микроскопом. Защитные сомы от света высокой интенсивности возбуждения позволит значительно снизить фотодинамической повреждений во время записи.
Шаг 4.2 Запись оптических сигналов, связанных с мембранный потенциал переходных
Запись оптических сигналов, связанных с backpropagated точек в отдельных дендритных ветвей. Запись оптических сигналов, связанных с точками доступа в аксон. Запись оптических сигналов, связанных с backpropagating точек доступа в дендритных шипиков. Используйте кадров подходят для точного восстановления формы сигнала и сохранить записи периодов и воздействия света высокой интенсивности возбуждения как можно короче, чтобы минимизировать отбеливания красителя и фотодинамической повреждения. Например, рассматривая последовательность зарождения и распространения одной потенциалов действия в аксон требует записи периодов 5-10 мс. Возбуждение интенсивности светати во время записи является компромиссом между сигнал-шум с одной стороны, и степень обесцвечивания красителя и фотодинамической повреждения, с другой стороны. Мы используем 100% интенсивностью 400 мВт лазер в записи с длинными участками аксонов, когда площадью 300 мкм в диаметре горит. При возбуждении светом сосредоточено до 30 мкм диаметром область дендритных визуализации позвоночника, мы используем 10-25% от интенсивности лазерного излучения. Необходимая продолжительность записи является важным фактором, определяющим оптимальный интенсивности возбуждающего света; более короткие периоды записи позволяют высокой интенсивности света. Оптимальная интенсивность освещения лучше всего определяется эмпирически для каждого препарата и измерения параметров.
5. Анализ данных
Шаг 5.1. Исправьте исходные данные для известных ошибок
Анализ и отображение данных проводились с использованием NeuroPlex программы (RedShirtImaging), написанный в IDL (ITT Visual Information Solutионы, Боулдер, штат Колорадо) и пользовательские Visual Basic процедуры. В условиях низкого уровня освещения, фоновой флуоресценции становится важным определяющим фактором f / F сигнала размера. Исходные данные впервые были исправлены этого эффекта путем вычитания средней интенсивности флуоресценции фон определяется из неокрашенных области на срезе. Впоследствии, программное обеспечение сигнал выравнивания была использована для корректировки временных джиттера в AP инициирования, а также для возможных мелких движений препарата во время усреднения. В височной области, А. П. сигналы были выровнены по взаимной корреляции электрически записанные точек в каждом испытании на опорный сигнал приобрел в начале усреднения (рис. 1b). В пространственной области изображения были выровнены в двух измерениях автономный образ кросс-корреляцию, чтобы компенсировать возможные небольшие боковые движения препарата. Правильная фокусировка изображения в Z-измерении была проверена до каждого отдельного судебного разбирательства; маленький л коррективы часто были необходимы. Пространственном и временном соответствие сигналы были усреднены, как показано на рисунке 1b. Медленные изменения в интенсивности света из-за обесцвечивания красителя были исправлены путем деления данных по соответствующим двойной экспоненциальной функции, полученные от записи испытания, не стимуляции (рис. 1b). Форма волны сигнала AP был реконструирован из набора точек данных, использующие кубический сплайн интерполяции, кусочно-непрерывная кривая, проходящая через каждую точку данных. Чтобы убедиться, что напряжение чувствительных красителей сигнала отслеживает мембранный потенциал без существенных искажений в масштабе времени миллисекунды, электрический сигнал AP от сомы был по сравнению с оптического сигнала AP из соседнего холма аксона, как показано на рисунке 3b. Два сигнала накладывать очень тесно, что позволяет дробовых шумов в оптической записи.
les/ftp_upload/4261/4261fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Анализ данных (анимация). (A) Верхняя панель: высокое разрешение конфокальной изображения окрашенных нейронов с аксона в положение записи. Запись электрод прикреплен к сому и внеклеточной стимулирующий электрод рядом с базальных дендритов схематически. Действие потенциалов, вызванных внеклеточным, синаптической стимуляции. Нижняя панель: низкое пространственное разрешение изображения флуоресценции аксона получены CCD используется для V м томография (B) Электрод записи из сома (черные следы), оптической записи с AIS (красные следы), а из узлов Ранвье (зеленые следы). . Топ следы: исходные данные из 9 исследований показывает временной джиттер в AP посвящения. Второй ряд следов: временно соответствие сигналов. Третий ряд следов: усредненный сигнал. Четвертый ряд следов: отбеливатель коррекции. Нижний следы: кубический сплайн-интерполяции с одним проходом временное сглаживание.