Двухфотонная кальциевая визуализация активности переднего мозга у взрослых рыбок данио-рерио
July 28th, 2023
Здесь мы представляем протокол для выполнения двухфотонной визуализации кальция в дорсальном переднем мозге взрослых рыбок данио.
Передний мозг рыб содержит области, которые, как подозревают, гомологичны областям мозга млекопитающих, участвующим в сложном поведении. К ним относятся гиппокамп, кора головного мозга и миндалевидное тело. В настоящее время мы пытаемся понять, как сенсорная информация влияет на активность этих областей мозга.
В современных исследованиях в области нейробиологии рыб зебра используется двухфотонная кальциевая визуализация обездвиженных личинок. В сочетании с поведенческими эссе на основе виртуальной реальности для изучения сенсомоторной обработки в мозге. Большинство исследований мозга рыбы-зебры проводится на личинках, однако некоторые сложные формы поведения у рыб полностью не развиваются до взрослого возраста.
Наш протокол позволяет изучать активность мозга у взрослого человека во время поведения. Этот протокол сократил время операции на пятьдесят процентов по сравнению с предыдущим методом. Это более эффективный подход к удержанию головы взрослой рыбы-зебры для лучшего изображения.
Этот протокол использования подголовника открыл возможность провести эксперимент in vivo на мозге взрослой рыбы-зебры. В дополнение к двухфотонному кальциевому изображению, подголовник потенциально позволяет проводить оптогенетические манипуляции, электрофизиологию и даже ультразвуковую визуализацию живой рыбы.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Это исследование представляет протокол для двухфотонного кальциевого имAGING для исследования активности мозга в дорсальной передней части мозга взрослых даний. Метод позволяет исследователям изучать влияние сенсорной информации на активность нейронов, связанную со сложными поведениями, преодолевая ограничения, с которыми сталкиваются в исследованиях личинок.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Методы визуализации
- Поведенческая нейробиология
Фон
- Передний мозг дани имеет области, гомологичные млекопитающим областям, участвующим в поведении.
- Предыдущие исследования в основном фокусировались на стадиях личинок, оставляя сложности взрослых даний недоисследованными.
- Этот протокол направлен на заполнение лакун в знаниях о мозговой активности взрослых даний.
Цель исследования
- Разработать эффективный метод для исследования активности мозга у взрослых даний.
- Обеспечить одновременное исследование воздействия сенсорной информации на поведение.
- Сократить время хирургического вмешательства и улучшить возможности визуализации.
Используемые методы
- Двухфотонное кальциевое имAGING с использованием модели взрослой дании с ограниченной головой.
- Ограничение головы позволило визуализировать до 200 микронов глубиной в дорсальной передней части мозга.
- Шаги включали анестезию, крепление штапельной пластины и хирургическую подготовку для визуализации.
- Во время экспериментов поведенческая запись была интегрирована с кальциевым имAGING.
Основные результаты
- Метод позволяет визуализировать активность отдельных нейронов в контексте сложного поведения.
- Ключевые результаты включают улучшенный доступ к паллиальным областям мозга дании.
- Одновременная визуализация и запись раскрывают нейронные корреляты моторных выходов.
Выводы
- Это исследование позволяет более глубокое исследование активности мозга взрослых даний во время поведения.
- Протокол способствует пониманию сенсорно-моторной обработки и нейронных механизмов.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Two-photon calcium imaging in behaving adult zebrafish enables direct observation of neuronal activity underlying complex behaviors, bridging a critical gap between larval models and adult brain function. This approach enhances predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking for neurobehavioral drug discovery. The protocol's integration of immersive behavioral assays with high-resolution imaging supports translational continuity from early discovery through preclinical research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neural circuits homologous to mammalian brain regions for functional target validation.
- Supports mechanistic de-risking by linking sensory inputs to neuronal activity in adult brain tissue.
- Facilitates predictive confidence in target selection by capturing complex, adult-specific behaviors.
Screening & Assay Development
- Provides a validated platform for quantitative measurement of neuronal responses during defined behavioral paradigms.
- Improves assay reproducibility and standardization through stable head restraint and minimized motion artifacts.
- Enables scalable imaging of multiple brain regions and neurons for robust compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns neural activity readouts with disease-relevant behaviors for translational biomarker development.
- Supports continuity from discovery to preclinical validation by enabling in vivo adult brain imaging during behavior.
- Reduces biological risk by providing mechanistic insights into neural correlates of motor and sensory processing.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol positions two-photon calcium imaging as a bridge from early discovery through lead identification to preclinical validation in neurobehavioral research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification in adult neural circuits.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative imaging outputs for assay development.
- Analytics: Provides high-resolution neuronal activity data for condition comparison and statistical analysis.
- Translational Research: Enables alignment of neural activity with behavioral phenotypes relevant to human disease.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging and behavioral assay platform for diverse neuropharmacological studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of in vivo imaging workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling robust, adult-relevant assays.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neurobehavioral drug candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in zebrafish handling, surgical head restraint, and two-photon imaging.
- Demands specialized instrumentation, including two-photon microscopes and behavioral recording setups.
- Necessitates cross-team standardization of surgical and imaging protocols for reproducibility.
- Adaptation to other model systems may require protocol optimization for anatomy and behavior.
- Technical skill is essential to minimize animal distress and ensure high-quality imaging data.
