Здесь мы представляем протокол для выполнения двухфотонной визуализации кальция в дорсальном переднем мозге взрослых рыбок данио.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Здесь мы представляем протокол для выполнения двухфотонной визуализации кальция в дорсальном переднем мозге взрослых рыбок данио.
Взрослые рыбки данио (Danio rerio) демонстрируют богатый репертуар поведения для изучения когнитивных функций. У них также есть миниатюрный мозг, который может быть использован для измерения активности в различных областях мозга с помощью методов оптической визуализации. Тем не менее, сообщения о регистрации активности мозга у взрослых рыбок данио-рерио были скудными. В настоящем исследовании описаны процедуры выполнения двухфотонной визуализации кальция в дорсальном переднем мозге взрослых рыбок данио. Мы фокусируемся на шагах, направленных на то, чтобы удержать взрослых рыбок данио от движения головой, что обеспечивает стабильность, позволяющую проводить лазерное сканирование активности мозга. Животные с ограниченной головой могут свободно двигать частями тела и дышать без вспомогательных средств. Процедура направлена на сокращение времени операции по удержанию головы, минимизацию движений мозга и максимальное количество регистрируемых нейронов. Здесь также описана установка для представления иммерсивной визуальной среды во время визуализации кальция, которая может быть использована для изучения нейронных коррелятов, лежащих в основе визуально запускаемого поведения.
Флуоресцентная визуализация кальция с генетически кодируемыми индикаторами или синтетическими красителями является мощным методом измерения активности нейронов у животных, включая нечеловекообразных приматов, грызунов, птиц инасекомых. Активность сотен клеток, расположенных на глубине примерно до 800 мкм под поверхностью мозга, может быть измерена одновременно с помощью многофотонной визуализации 2,3. Активность определенных типов клеток также может быть измерена путем экспрессии показателей кальция в генетически определенных популяциях нейронов. Применение метода визуализации для моделей мелких позвоночных открывает новые возможности в области нейронных вычислений в разных областях мозга.
Рыбки данио-рерио являются широко используемой модельной системой в исследованиях в области нейробиологии. Личинки рыбок данио-рерио примерно через 6 дней после оплодотворения были использованы для визуализации кальция из-за их миниатюрного мозга и прозрачноготела. Молодь рыбок данио-рерио (3-4 недели) также используется для изучения нейронных механизмов, лежащих в основе сенсомоторных путей 5,6. Тем не менее, максимальный уровень производительности для сложного поведения, включая ассоциативное обучение и социальное поведение, достигается в старшем возрасте 7,8 лет. Таким образом, требуется надежный протокол для изучения множественных когнитивных функций в мозге взрослых рыбок данио с помощью методов визуализации. В то время как личинки данио-рерио и молодые рыбки данио-рерио могут быть помещены в агарозу для визуализации in vivo, взрослые рыбки данио-рерио в возрасте 2 месяцев и старше страдают от гипоксии в таких условиях и физически слишком сильны, чтобы их можно было сдержать агарозой. Поэтому требуется хирургическое вмешательство, чтобы стабилизировать мозг и дать возможность животному свободно дышать через жабры.
Здесь мы опишем протокол подголовника, который включает в себя новую конструкцию одной дуги. Сокращение времени операции на 25 минут в два раза быстрее, чем при предыдущем методе9. Описана также конструкция записывающей камеры (полушестигранного бака), головного столика и быстросъемного механизма для совмещения двух частей9. Наконец, описывается установка для представления иммерсивного визуального стимула для изучения визуально запускаемой активности мозга и поведения. В целом, процедуры, описанные здесь, могут быть использованы для выполнения двухфотонной визуализации кальция в генетически определенных клеточных популяциях у взрослой рыбки данио с ограниченной головой, что позволяет исследовать активность мозга во время различных поведенческих парадигм.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры для животных были одобрены и проведены в соответствии с руководящими принципами Институционального комитета по уходу за животными и их использованию Academia Sinica. Подробную информацию об инструментах исследования можно найти в Таблице материалов.
1. Подготовка записывающей камеры

Рисунок 1: Инструменты, необходимые для операции с подголовником. (A) Быстросъемный механизм между круглой пластиной головной ступени и опорной плитой внутри полушестигранного резервуара. Файлы систем автоматизированного проектирования (САПР) деталей, изготовленных по индивидуальному заказу, можно найти в Дополнительных файлах 1-4. (B) Ω-образная перекладина для подголовника. (C) Трехосевой микроманипулятор, используемый для позиционирования головки шины к месту крепления. Врезка: ориентация головного стержня в глине. (D) Пушка для удержания рыбы во время операции. Врезка: ориентация рыбы внутри пушки. (E) Модуль загрузки рыбы и микроманипулятор, используемый для загрузки рыбы на головную ступень. Врезка: ориентация рыбы в модуле. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
2. Операция с подголовником

Рисунок 2: Основные этапы операции по установке подголовника . (А) Состав капсюля внутри пушки. (Б) Места прикрепления на черепе (красные). Красными стрелками обозначены места расположения кровеносных сосудов. (C) Вверху: перекладина головы, прикрепленная к черепу рыбы. Дно: рыба, загруженная на головную ступень. (D) Разрезы, необходимые для удаления кожи над передним мозгом. Цифры обозначают последовательность резки. Избегайте удаления шкуры в отмеченном месте (наконечник стрелы), чтобы предотвратить кровотечение животного. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
3. Двухфотонная визуализация

Рисунок 3: Установка для визуализации кальция, записи поведения и отображения визуальных стимулов . (A) Три проектора подают визуальный стимул на стенки полушестиугольного резервуара. ИК-лампы сбоку используются для подсветки тела рыбки данио. (B) Позиционирование объектива. Слева: вид спереди. Справа: вид сбоку. Расстояние между 16-кратным объективом и целевой областью мозга составляет около 2,5 мм. (C) Пример двухфотонного изображения. Слева: максимальная проекция всего дорсального переднего мозга в Tg[neuroD:GCaMP6f]. Справа: увеличенное изображение для выявления нейронов в нескольких областях мозга. Врезка: большее увеличение из другой области мозга. Изображения представляют собой среднее значение 10 с данных, записанных с частотой 5 Гц. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол состоит из двух частей: операция на подголовнике и двухфотонная кальциевая визуализация активности нейронов в переднем мозге. Успех операции определяется выживаемостью животного и устойчивостью подголовника. Выживаемость может быть значительно улучшена за счет частой перфузии 0,01% раствора ТМС через рот во время операции. Рыбы должны оправиться от наркоза и активно дышать в течение 1-2 минут после погружения в воду аквариума. Двухфотонная кальциевая визуализация позволяет регистрировать активность отдельных ней...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь мы опишем подробный протокол для фиксации головы взрослой рыбки данио для двухфотонной кальциевой визуализации. Есть два важных шага для достижения того, чтобы подголовник был достаточно устойчивым для лазерной сканирующей визуализации. Во-первых, планка головы должна быть приклеена к конкретным местам крепления черепов. Другие части черепа часто слишком тонкие, чтобы обеспечить механическую стабильность, и даже могут быть сломаны во время сильных движений тела. Во-вторых, кожа над местами прикрепления должна быть ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа была поддержана Институтом молекулярной биологии Academia Sinica и Национальным советом по науке и технологиям Тайваня. Механический цех Института физики Академии Синика помогал изготавливать детали по индивидуальному заказу. Мы также хотим поблагодарить. Аргаста (Институт биомедицинских исследований им. Фридриха Мишера, Базель, Швейцария) за разработку быстросъемного механизма головной ступени.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Карта приобретения | MBF Bioscience | Vidrio vDAQ | Микроскоп |
| Плёнка с обратной проекцией | Кимото | Экран Диланд — GSK | Текущий визуальный стимул |
| Полосный фильтр (510/80 нм) | Хрома | ET510/80m | Микроскоп |
| Основание для полугексагонального бака | Изготовление на заказ | см. дополнительные файлы | Камера звукозаписи |
| Фильтр камеры (< 875 нм) | Оптика Эдмунда | #86-106 | Запись поведения |
| Фильтр камеры (>700 нм) | Оптика Эдмунда | #43-949 | Запись поведения |
| Объектив камеры | Торлабы | MVL50M23 | Запись поведения |
| Chameleon Vision-S | Когерентный | Vision-S | Лазер |
| Круглая пластина для головной сцены | Изготовление на заказ | см. дополнительные файлы | Камера звукозаписи |
| Контроллер для пьезоактуатора | Physik Instrumente | E-665. CR | Микроскоп |
| Ток усилителя | Торлабы | TIA60 | Микроскоп |
| Elitedent Q-6 | Rolence Enterprise | Q-6 | Операция: ультрафиолетовая лампа |
| Эмиссионный фильтр 510/80 нм | Хрома | ET510/80m | Микроскоп |
| Головная перекладина | Изготовление на заказ | см. дополнительные файлы | Камера звукозаписи |
| Инфракрасный свет | Торлабы | M810L3 | Запись поведения |
| Светодиодный проектор | AAXA | P2B светодиодный проектор Pico | Текущий визуальный стимул |
| Влажная бумажная салфетка (Kimwipe) | Кимтех Сайънс | 34155 | Операция: влажная бумажная салфетка |
| Моторизованная ступень образца XY | Забер | X-LRM050 | Микроскоп |
| Фильтры нейтральной плотности (50% пропускаемости) | Торлабы | NE203B | Текущий визуальный стимул |
| и Ослэш; Держатель для штанг 1/2" | ThorLabs | PH1.5V | Операция: полая трубка для пушки |
| и Ослэш; Оптический столб из нержавеющей стали 1/2" | ThorLabs | TR150/M | Хирургия: модуль загрузки рыбы |
| Объективная линза 16x, 0,8NA | Nikon | CF175 | Микроскоп |
| Глиняная моделирование на масляной основе | Ли Син Клей | C4086 | Операция: держатель для головной перекладины |
| Оптический клей | Norland Products | NOA68 | Операция: УФ-излечимый клей |
| Фотоумножительная трубка | Хамамацу | H11706P-40 | Микроскоп |
| Пьезопривод | Physik Instrumente | P-725.4CA PIFOC | Микроскоп |
| Клетка Поккельс | Оптика | M350-80-LA-BK-02 | Микроскоп |
| Красный фильтр Wratten (> 600 нм) | Оптика Эдмунда | #53-699 | Текущий визуальный стимул |
| Резонансно-гальво-сканированная система | INSS | RGE-02 | Микроскоп |
| Прямоугольный зажим для Ø Столб 1/2" | ThorLabs | RA90/M | Хирургия: модуль загрузки рыбы |
| Вращающийся зажим для и Oslash; Столб 1/2" | ThorLabs | SWC/M | Хирургия: модуль загрузки рыбы |
| ScanImage | MBF Bioscience | Базовая версия | Микроскоп |
| Полугексагональный резервуар | Изготовление на заказ | см. дополнительные файлы | Камера звукозаписи |
| Супер-Бонд C& B Kit | Sun Medical Co. | Супер-Бонд C& B | Хирургия: зубной цемент |
| Трикаин метансульфонат | Сигма Олдрич | E10521 | Операция: анестезия |
| USB-камера | ФЛИР | BFS-U3-13Y3M-C | Запись поведения |
| Ветбонд | 3M | 1469SB | Операция: тканевой клей |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.