Препарат, описанный выше, позволяет наблюдения всего мозга под микроскопом для крупномасштабных 3D изображений, таких как классические 2 фотона или конфокальные микроскопии, но и быстрее методы, такие каксветовой лист 31 и другие структурированные методы микроскопииосвещения (рассмотрены в 32), или световое полемикроскопии 28.
Доступ ко всему мозгу при наблюдении за поведением и поддержании функциональных органов чувств позволяет ответить на несколько вопросов.
Во-первых, какова общая активность мозга, когда муха находится в покое, во время поведения, и когда она реагирует на раздражители? В качестве примера мы включаем данные, полученные с помощью светового полевого микроскопа, показывающего активацию мозга во время реакции на раздражители и поведение. Например, в видео 2,кальций зонд был выражен во всех нейронов (nsyb-GAL4 и UAS-syt-GCaMP6s (слева) или UAS-GCaMP6M (справа)) и клубы запаха был представлен. Обратите внимание, как препарат позволяет получить обзор активности мозга во время ответа на стимул. Мощные генетические инструменты в Drosophila могут быть использованы для ограничения экспрессии этих датчиков для конкретных подтипов нейронов. В видео 3, мы ограничили выражение датчика кальция дофаминергических и серотонинергических нейронов (TH-GAL4, DDC-GAL4 и UAS-GCaMP6M). Обратите внимание на сильную синхронную активность над мозгом, тесно связанную с ходьбой мухи, разрешенную наблюдением всего мозга во время поведения. В дополнение к активности кальция, другие физические или химические сигналы могут быть изображены (с помощью,например, датчики напряжения 28,33,метаболизм продукты 34,35 или конкретных нейромодуляторов36).
Чтобы понять роль мозговой активности более конкретно, мы можем спросить, какие регионы участвуют в каком поведении, реакции на раздражители или спонтанные модели активности. Данные действительно могут быть использованы в качестве беспристрастного экрана для извлечения функциональных регионов с использованием таких методов, как анализ основных компонентов и независимый анализ компонентов. На рисунке 9A показаны различные функциональные области в разных цветах. Форма и локализация функциональных областей позволяют сопоставить их с анатомическими шаблонами для определения областей мозга, а в некоторых случаях и типа нейронов. Кроме того, после присоединения к анатомическому шаблону значения флуоресценции могут быть усредняться в анатомических областях мозга для количественного анализа (см. рисунок 9B). Например, иерархическая гауссийская модель, применяемая к данным на рисунке 9B, показывает, что регионы более активны во время прогулки (при медиане 0,029, 95% достоверный интервал »0.017 0.041»), но не во время жениха (медиана F/F -0.0049 с 95% надежным интервалом »-0.016 0.0059»).
В дополнение к глубине понимания, одновременные записи различных функциональных областей, разрешенных препаратом, могут быть использованы для изучения динамических свойств функциональной сети. Это важно, потому что области мозга во всех изученных до сих пор мозга сильно взаимосвязаны, и все больше и больше исследований показывают, что даже сенсорные области реагируют на поведенческое состояние животного. Можно просмотреть несколько аспектов, таких как функциональные свойства графика (например, модули) и пространственно-временные узоры, которые могут быть вписана в динамические системы(см. 8 примеров).

Рисунок 1: Подготовка держателя (шаг 1). A)Дизайн держателя (вид сверху). B) Подготовка слота шеи. вверху: конструкция ленты, дно: параллельные лезвия, используемые для разреза шеи слот. C)Вид держателя снизу. D) Нижняя точка зрения с указанием, где добавить ленту слот шеи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2: Дальнейшая подготовка (шаг 1). A) Добавить жир в шею слот для предотвращения клея для покрытия задней части головы и для предотвращения солевых утечек. Шкала баров, 1 мм. B) Сверху: форма кусок ленты, которая будет использоваться, чтобы подтолкнуть тело вниз. Внизу: убедитесь, что лента подходит держатель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 3: Размещение V-образный кусок ленты, чтобы помочь центрирования. (A)Нижний вид. (B)Вид сверху. Масштаб бар, 2 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 4: Поместите муху (шаг 2). Слева используйте два тупых типса, чтобы поместить тело так, чтобы шея была в шейном слоте. Средний, выровнять голову. Глаза лежат с обеих сторон по краям слота. Голова мухи прямая. Правильно, уложи муху с тканью, покрытой льдом, чтобы она не двигалась. Шкала бар, 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 5: Исправить голову (шаг 3). A)Идеальный угол головы. B) Добавить УФ-клей вокруг головы, избегая сенсорных областях, представляющих интерес. Шкала бар, 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 6: кончик хоботка и антенны могут быть свободны от клея (шаг 3). Белый круг указывает область применения УФ-клея. Стрелка показывает, какие части остаются свободными от клея для обонятельных и вкусных экспериментов. Обратите внимание на дополнительную ленту, которая предотвращает ноги от прикосновения клей области. Шкала бар, 200 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 7: Поместите заднюю ленту (шаг 4.2). Лента, созданная в шаге 1 (см. рисунок 2, слева) используется для места тела и покрытия большого отверстия в держателе. Шкала бар, 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 8: Шаги вскрытия (шаг 6). A-B) Вырезать с каждой стороны у основания темного треугольника (кресты) и удалить эту часть кутикулы C). D)и E) удалить мышцы 16. Затем аккуратно удалить остальную часть кутикулы F), воздушные мешки G), и мышцы. H)Рассеченная голова. Шкала бар, 200 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 9: Результаты представительов. A)Функциональные регионы (извлеченные с помощью PCA и ICA,как в 28) для мухи, выражаюной GCaMP6 пан-нейронально изображены с помощью светового поля микроскопа (25x, NA'0.95 с соответствующим f/12 микрообъектив массив). Шкала бар, 100 мкм. B) Средняя активность кальция в крупных областях мозга во время реакции на раздражители и поведение (воспроизводитсяс 28). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Видео 1: Мышцы 16 движений (шаг 6.3). GFP был выражен в мышцах. Обратите внимание на насосное движение, которое исходит от отверстия чуть выше трахеи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 2: Пан-нейрональной активности кальция во время реакции на запах для двух различных препаратов. Бальзамический уксус пыхтел на лету. Пан-нейронная активность кальция (водитель nsyb-GAL4, UAS-syt-GCaMP6s слева и UAS-GCaMP6M справа) была изображена с помощью светового полевого микроскопа (25x, NA-0.95 с соответствующим массивом микролинов f/12). Изображения светового поля были затем реконструированы, как описано врефери 28,37. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 3: Активность кальция в подмножестве типа нейронов во время поведения. GCaMP6 был выражен в дофаминергических и серотонинергических нейронов (с TH-GAL4 и DDC-GAL4). В сочетании с генетическими инструментами мухи, препарат позволяет наблюдать сильное увеличение активности во многих регионах во время прогулки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Дополнительный материал. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.