Summary
हड्डीवाला केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के समारोह को समझना कई न्यूरॉन्स से रिकॉर्डिंग की आवश्यकता है क्योंकि cortical समारोह न्यूरॉन्स की आबादी के स्तर पर पैदा होती है. यहाँ हम एक ऑप्टिकल एकल कोशिका और एकल कील संकल्प के साथ suprathreshold तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्ड विधि का वर्णन, यादृच्छिक अभिगम स्कैनिंग dithered. इस विधि रिकॉर्ड दैहिक प्रतिदीप्ति से उच्च अस्थायी समाधान के साथ 100 न्यूरॉन्स के लिए कैल्शियम का संकेत है. एक अधिकतम संभावना एल्गोरिथ्म दैहिक प्रतिदीप्ति कैल्शियम संकेतों से अंतर्निहित suprathreshold तंत्रिका गतिविधि deconvolves. इस विधि मज़बूती से उच्च दक्षता का पता लगाने और झूठी सकारात्मक की कम दर के साथ spikes का पता लगाता है और तंत्रिका आबादी का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है
Abstract
हड्डीवाला केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के बारे में जानकारी का संकेत अक्सर बजाय न्यूरॉन्स व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की आबादी के द्वारा किया जाता है. इसके अलावा प्रचार suprathreshold spiking गतिविधि के न्यूरॉन्स की आबादी शामिल है. अनुभवजन्य cortical समारोह को संबोधित अध्ययन सीधे इस प्रकार उच्च संकल्प के साथ न्यूरॉन्स की आबादी से रिकॉर्डिंग की आवश्यकता है. यहाँ हम एक ऑप्टिकल विधि और एक deconvolution एकल कोशिका और एकल कील संकल्प के साथ 100 न्यूरॉन्स से तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्ड एल्गोरिथ्म का वर्णन. इस विधि intracellular दैहिक suprathreshold cortical न्यूरॉन्स में बिजली spikes (कार्रवाई क्षमता) के साथ जुड़े कैल्शियम एकाग्रता में क्षणिक वृद्धि का पता लगाने पर निर्भर करता है. ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग के उच्च अस्थायी समाधान एक तेजी से स्कैनिंग यादृच्छिक अभिगम acousto ऑप्टिकल (AODs) deflectors 1 तकनीक का उपयोग करके हासिल की है. अपारदर्शी मस्तिष्क आज़ादी में दो photon उच्च स्थानिक संकल्प में कैल्शियम के प्रति संवेदनशील डाई परिणाम की उत्तेजना2 पर मुकदमा. प्रतिदीप्ति कैल्शियम रिकॉर्डिंग से spikes के पुनर्निर्माण अधिकतम संभावना विधि द्वारा हासिल की है. युगपत electrophysiological और ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग से संकेत मिलता है कि हमारे विधि मज़बूती spikes (> 97% कील दक्षता का पता लगाने) का पता लगाता है, झूठी सकारात्मक कील (<0.003 spikes /) का पता लगाने, और एक उच्च अस्थायी परिशुद्धता के बारे में (3 एमएस) 3 के एक कम दर है. कील पता लगाने के इस ऑप्टिकल विधि इन विट्रो में और vivo में 3,4 anesthetized जानवरों में तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
Protocol
1. ऑप्टिकल सेटअप (1 चित्रा)
- दो photon उत्तेजना के लिए एक अवरक्त femtosecond दालों के साथ स्पंदित लेजर प्रणाली का इस्तेमाल किया है. एक उच्च लेजर उत्पादन शक्ति (890 एनएम तरंगदैर्ध्य 2W> कुछ मामलों में) प्रणाली के ऑप्टिकल घटकों द्वारा शुरू करने के लिए बड़े नुकसान की भरपाई करने के लिए आवश्यक है.
- दो प्रिज्मों से मिलकर एक prechirper प्रणाली लेजर दालों पर एक नकारात्मक समूह वेग) फैलाव (GVD acousto ऑप्टिकल deflectors (AODs) करने से पहले प्रदान करता है अस्थायी 1 AODs शुरू फैलाव के लिए क्षतिपूर्ति.
- बड़े apertures के साथ दो AODs (0.8 एनए के साथ एक 40x पानी विसर्जन उद्देश्य के लिए 10 मिमी) दो आयामों में लेजर बीम मोड़ना.
- मिमी / 100 के पेड़ों के साथ एक चिंतनशील विवर्तन झंझरी AODs पीछे 13 सेमी स्थानिक AODs से शुरू फैलाव क्षतिपूर्ति करने के लिए जब कम लेजर दालों का उपयोग करने के लिए रखा गया है.
- लेजर बीम दो रिले दूरबीन के साथ एक ईमानदार microsco के कैमरा बंदरगाह में निर्देशित है.पे.
- Irises ऑप्टिकल घटकों के संरेखण के लिए नियमित अंतराल पर रखा जाता है.
- उद्देश्य के सामने में एक dichroic beamsplitter नमूना अवरक्त उत्तेजना प्रकाश पहुंचाता है और एक डिटेक्टर पर नमूना से प्रतिदीप्ति प्रकाश को दर्शाता है.
- महामारी और transfluorescence डिटेक्टरों (photomultipliers, PMTs) उद्देश्य के माध्यम से प्रतिदीप्ति संकेत इकट्ठा करने और संघनित्र के माध्यम से यदि लागू हो.
- रंगीन ग्लास फिल्टर (बीजी 39, 3-5 मिमी) डिटेक्टरों के सामने रखा जाता है उत्तेजना प्रकाश को रोकने डिटेक्टरों तक पहुँचने.
- AOD विक्षेपन कोण एक डिजिटल अनुरूप कनवर्टर बोर्ड (156.25 kHz घड़ी दर) है, जो बारी में वोल्टेज oscillators नियंत्रित ड्राइव के साथ लैस कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं.
- photomultipliers से संकेत एक कम से गुजारें Butterworth फिल्टर (100 kHz के कट ऑफ आवृत्ति) के माध्यम से relayed है और में संग्रहीत किया जा रहा से पहले एक एनालॉग से डिजिटल कनवर्टर (156.25 kHz घड़ी दर) द्वारा डिजीटलविश्लेषण के लिए एक कंप्यूटर.
- संरेखण और बिजली के शोर के साथ और बिना लेजर प्रकाश संकेतों के प्रतिदीप्ति वितरण रिकॉर्डिंग से परीक्षण कर रहे हैं, photomultipliers के निम्न और उच्च लाभ के रूप में के रूप में अच्छी तरह से और सूचक के बिना. स्कैनर और सही ढंग से सेटअप है परिरक्षित जब उच्च लाभ और सूचक के साथ संकेतों के प्रतिदीप्ति वितरण की चौड़ाई बहुत संकेतों के प्रतिदीप्ति अन्य वितरण (2 छवि) की चौड़ाई की तुलना में बड़ा है.
2. प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं
- डिथर्ड यादृच्छिक अभिगम स्कैनिंग कैल्शियम intracellular वृद्धि का पता लगाने पर निर्भर करता है. न्यूरॉन्स की एक बड़ी संख्या में एक कैल्शियम सूचक के एस्टर तंत्रिका ऊतक 5 में (उदाहरण के लिए ओरेगन ग्रीन 488 Bapta-1 AM) फार्म की सांस में इंजेक्शन का उपयोग कलंकित किया जा सकता है.
- प्रत्येक न्यूरॉन सोमा से कई स्थानों दर्ज कर रहे हैं, थोड़े समय के लिए प्रत्येक ("" dithering, 4 स्थानों, प्रत्येक स्थान के लिए 6.4 = 25.6 μs ई के लिए रिकॉर्डिंग समय μsप्रत्येक चक्र में ach न्यूरॉन, अंजीर. 3C). ब्याज की न्यूरॉन्स का चयन करने के लिए एक पूर्ण फ्रेम 256x256 पिक्सल से मिलकर (छवि 3 ए) का अधिग्रहण कर लिया है. प्रत्येक न्यूरॉन सोमा को रिकॉर्ड किया जा केंद्र स्वयं इस छवि के भीतर चयनित है. नियंत्रण सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से इस केन्द्र के आसपास 2 सुक्ष्ममापी दूरी पर तीन अंक कहते हैं.
- प्रत्येक चक्र में, प्रतिदीप्ति संकेत 40 न्यूरॉन्स (3B छवि) में से प्रत्येक से दर्ज की गई है. एक रिकॉर्डिंग (5 दूसरी रिकॉर्डिंग = 3255 चक्र, 1 चक्र = 1.536 एमएस) की पूरी अवधि के लिए इस प्रक्रिया को दोहराया है.
3. कील पहचान क्षमता को अधिकतम करने के लिए ऑनलाइन सॉफ्टवेयर उपकरण
- स्पाइक प्रतिदीप्ति दैहिक कैल्शियम संकेतों से पता लगाने के लिए एक उच्च संकेत करने वाली शोर दैहिक प्रतिदीप्ति कैल्शियम संकेतों के अनुपात (एस / एन) पर निर्भर करता है. एस / एन उच्च उत्तेजना तीव्रता में वृद्धि के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. उत्तेजना तीव्रता, तथापि, केवल photodamage की वजह से एक निश्चित सीमा तक बढ़ा जा सकता है. स्पाईक पता लगाने के लिए एक बहुत छोटे windo के भीतर उच्च हैउत्तेजना तीव्रता के w केवल जहां प्रतिदीप्ति संकेतों एक उच्च एस / एन लेकिन केवल बहुत थोड़ा photodamage 3 मनाया जाता है. आदेश में यह सुनिश्चित करने के लिए है कि दर्ज संकेतों रिकॉर्डिंग के दौरान उच्च स्पाइक पता लगाने की खिड़की के भीतर हम फोटॉन दर (3.2 समीकरण देखें) और आधारभूत प्रतिदीप्ति की गिरावट ऑनलाइन विश्लेषण का उपयोग की निगरानी.
- न्यूरॉन प्रति लगभग फोटॉन दर आधारभूत शोर के एक कम समय खिड़की (100-200 ms) से गणना की है. फोटॉनों की संख्या (एन λ) और फोटॉन दर (λ = एन λ / Δt) प्रतिदीप्ति मूल्यों से निम्नलिखित समीकरण के साथ रिश्तेदार प्रतिदीप्ति परिवर्तन के वितरण (σ) फिटिंग से गणना की है:
इस समीकरण शॉट शोर फोटॉन के लिए चर का एक परिवर्तन के साथ रिश्तेदार प्रतिदीप्ति परिवर्तन पॉसों वितरण का प्रतिनिधित्व करता है: / ΔF एफ = (G * N λ (टी) - जी * एन एवं जबहBDA, 0) / G * N λ, 0 जहां जी फोटोमल्टिप्लायर का संचयी लाभ और अन्य सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को दर्शाता है. ध्यान दें कि इस समीकरण सही ढंग से vivo रिकॉर्डिंग में पाया फोटॉनों की संख्या नहीं निर्धारित करता है क्योंकि वहाँ शोर का शॉट शोर फोटॉन के अलावा अन्य स्रोतों (आंदोलन कलाकृतियों), कर रहे हैं. फिर भी इस समीकरण vivo के लिए शोर का अनुमान रिकॉर्डिंग के लिए उपयोगी है.
- बेसलाइन प्रतिदीप्ति एक ही समय खिड़की से गणना की है और समय या परीक्षण के एक समारोह के रूप में साजिश रची. आधारभूत की औसत गिरावट 0.०,००२ / s नीचे लेजर सत्ता समायोजन है क्योंकि कील का पता लगाने में तेजी से गिरावट आती है जब इस सीमा से बाहर रखा है.
- हर 10-20 मिनट न्यूरॉन somata पदों फिर एक पूर्ण फ्रेम छवि प्राप्त द्वारा सत्यापित कर रहे हैं. यदि आवश्यक हो, रिकॉर्डिंग स्थानों समायोजित कर रहे हैं. स्थान में एक बार, या व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के लिए सभी न्यूरॉन्स के लिए समायोजित किया जा सकता है.
4. Reconstruction प्रतिदीप्ति संकेत (deconvolution) से कील समय की
- प्रतिदीप्ति संकेत समय में तंत्रिका अक्सर summate गतिविधि से उत्पन्न क्योंकि कैल्शियम यात्रियों के क्षय लंबा है (कई सौ मिसे). एक deconvolution विधि प्रतिदीप्ति संकेतों से कील और कील समय reconstructs.
- सबसे अधिक संभावना कील दर्ज प्रतिदीप्ति संकेत अंतर्निहित ट्रेन का निर्धारण, विभिन्न मॉडलों की तुलना में कर रहे हैं. यहाँ हम एक आनुवंशिक एल्गोरिथ्म का इस्तेमाल करने के लिए मॉडल का निर्धारण और इस प्रकार कील ट्रेन और कील समय अधिकतम संभावना के साथ.
- न्यूरॉन्स की inhomogeneous आबादी में, स्पाइक पैदा कैल्शियम संकेत न्यूरॉन्स के बीच भिन्न हो सकते हैं. डेटा के unsupervised विश्लेषण सेट के लिए हम एक एल्गोरिथ्म है कि खाते में स्पाइक पैदा कैल्शियम न्यूरॉन से न्यूरॉन के संकेत के बदलाव लेता बनाया है.
- झूठी सकारात्मक detections की एक बड़ी संख्या से बचने के लिए यह उपयोगी है करने के लिए अनुमति दी आयाम और मीटर के क्षय समय लगातार कसनाकैल्शियम स्पाइक पैदा संकेत के ODEL. एकल कील पैदा कैल्शियम यात्रियों के आयाम और क्षय लगातार समय की संयुक्त वितरण एक ही प्रयोगात्मक युगपत electrophysiological और ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग का उपयोग की शर्तों के तहत न्यूरॉन्स के एक ही प्रकार से प्रयोग का एक अलग सेट के रूप में दर्ज हैं.
- धीमी आधारभूत परिवर्तन के लिए खाते लिए deconvolving की कम्प्यूटेशनल लागत को कम करने के लिए, अब रिकॉर्डिंग 1-5 सेकंड कई छोटे निशान में विभाजित हैं.
- प्रत्येक न्यूरॉन और प्रत्येक रिकॉर्डिंग, deconvolution एल्गोरिथ्म मॉडल (अप करने के लिए 1000000 अलग अलग मॉडल या अधिक) की एक बड़ी संख्या का परीक्षण कर सकते हैं. Deconvolution गति, एक प्रयोग deconvolved है समानांतर में 10 अलग अलग कंप्यूटर.
- Deconvolution बाद, स्पाइक डेटा का विश्लेषण किया है और निरीक्षण किया. समय पेरी प्रोत्साहन हिस्टोग्राम, कील संभावना, और फायरिंग दर (न्यूरॉन्स के प्रति औसत कील) एक स्वचालित ढंग से गणना कर रहे हैं.
5.प्रतिनिधि परिणाम
दर्ज प्रतिदीप्ति दैहिक कैल्शियम संकेतों के एक उच्च संकेत करने वाली शोर अनुपात पर सफल कील पता लगाने टिका है. बस उच्च उत्तेजना दर (उच्च लेजर शक्ति) का उपयोग करने के लिए जैविक सामग्री (photodamage) पर एक photoeffects के प्रतिकूल प्रभाव में परिणाम कर सकते हैं. डिथर्ड स्कैनिंग यादृच्छिक अभिगम photodamage में आधारभूत प्रतिदीप्ति में कम हो जाती है के रूप में प्रकट होता है और स्पाइक पैदा कैल्शियम संकेतों के प्रतिदीप्ति घटता जाता है. स्पाइक पैदा संकेत में कमी जल्दी spikes का पता लगाने के लिए एक विफलता में परिणाम कर सकते हैं. वहाँ केवल उत्तेजना की तीव्रता का एक बहुत छोटी सी खिड़की जहां संकेतों से प्रतिदीप्ति कील पता लगाने के लिए उच्च है. उच्च अंत पर इस विंडो photodamage द्वारा सीमित है, के निचले सिरे पर प्रतिदीप्ति संकेत एक कम संकेत करने वाली शोर अनुपात है. तीव्र स्लाइस में cortical न्यूरॉन्स के लिए हम लेजर के बारे 400,000-1,500,000 फोटॉन / s फोटोन दरों में जिसके परिणामस्वरूप जब टुकड़ा सतह के नीचे करीब 100 सुक्ष्ममापी पर रिकॉर्डिंग की शक्ति का उपयोग करें. जब एक उच्च का उपयोग- आत्मीयता सूचक यहाँ ओरेगन ग्रीन BAPTA 488 - 1 - इस संकेत व्यक्ति spikes का पता लगाने के लिए पर्याप्त है. अंजीर. 3E एक प्रतिदीप्ति बहुत कम उत्तेजना दर, पता लगाने की खिड़की के भीतर एक रिकॉर्डिंग का एक उदाहरण है, और एक बहुत उच्च उत्तेजना दर में में दर्ज संकेत के एक उदाहरण से पता चलता है.
अन्य तकनीकों की तुलना में एकल कक्ष और एकल कील संकल्प के साथ तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्ड डिथर्ड, यादृच्छिक अभिगम स्कैनिंग एक ही, स्थानीय आबादी से न्यूरॉन्स की एक बड़ी संख्या से रिकॉर्ड कर सकते हैं, और tetrode / multielectrode रिकॉर्डिंग की तुलना में कम उदाहरण के लिए आक्रामक है . इस प्रकार डिथर्ड स्कैनिंग यादृच्छिक अभिगम कई न्यूरॉन्स से तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए आपसी suprathreshold 6 गतिविधि (4A छवि), न्यूरॉन्स (cortical plasticity) की एक आबादी में तंत्रिका गतिविधि के परिवर्तन से संकेत जानकारी को मापने, और suprathreshold गतिविधि के प्रचार के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है 14 न्यूरॉन्स की आबादी (4B छवि) के माध्यम से
चित्रा 1 डिथर्ड यादृच्छिक उपयोग स्कैनिंग सेटअप के ऑप्टिकल डिजाइन.
चित्रा 2: संरेखण और परीक्षण प्रतिदीप्ति विभिन्न शर्तों के तहत दर्ज संकेतों का वितरण. ए) कोई लेज़र प्रकाश और कम photomultiplier लाभ, उच्च PMT लाभ, लेकिन कोई लेजर प्रकाश बी), वितरण photomultiplier अंधेरा वर्तमान की वजह से व्यापक है. सी) पर लेजर के साथ और उच्च PMT लाभ में दर्ज की गई. वितरण बी में दिखाया गया है और इस वितरण के बीच एक अंतर से संकेत मिलता है कि उत्तेजना प्रकाश PMT डिटेक्टरों तक पहुँचता है. डी) संकेतों के प्रतिदीप्ति वितरण न्यूरॉन somata से उच्च लाभ पर दर्ज की गई है. यदि कोई अन्य शोर स्रोत का योगदान है, इस वितरण फोटॉन शॉट शोर से ही पैदा होती है.
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चित्रा 3, हिचकिचाहट सिद्धांत के ए) पूर्ण फ्रेम प्रतिदीप्ति छवि का पता लगाने और न्यूरॉन somata पदों का चयन करें, बी) एक चक्र के स्कैन पथ, सी) चित्रण. अगले करने के लिए बीम चलती से पहले प्रत्येक सोम (वृत्त) के कई स्थानों में दर्ज कर रहे हैं दो डी / ए चैनलों के उत्पादन का चित्रण सोम, डी). प्रत्येक न्यूरॉन सोमा के लिए, प्रतिदीप्ति संकेत प्रत्येक सोमा में 4 विभिन्न स्थानों (s1-S4) से दर्ज की गई है. हर जगह के स्थान अपने एक्स और वाई स्थिति के द्वारा दिया जाता है. सभी स्थानों और सभी न्यूरॉन्स के लिए एक्स और y पदों डिजिटल से एनालॉग कनवर्टर एक अनुक्रमिक तरीके में भेजा जाता है. जबकि किरण दो न्यूरॉन somata के बीच ले जाया जाता है, कोई संकेत (रिक्त) का अधिग्रहण किया है. ई संकेतों के प्रतिदीप्ति उदाहरण). ध्यान दें कि प्रत्येक उदाहरण एक कील के जवाब से पता चलता है (रूप में electrophysiological रिकॉर्डिंग सेल संलग्न मापा).
चित्रा 4 कोर्टी पढ़ रही है.कैलोरी समारोह डिथर्ड यादृच्छिक अभिगम स्कैनिंग का उपयोग. ए) आपसी जानकारी न्यूरॉन्स की आबादी से संकेत मापने. ऊपरी छवि एक तीव्र मस्तिष्क टुकड़ा और दो उत्तेजना 4 परत (L4) में एक ही cortical स्तंभ में रखा pipettes photomicrograph से पता चलता है. केंद्र रेखांकन एक प्रोत्साहन के प्रत्येक पुनरावृत्ति के लिए तंत्रिका प्रतिक्रियाओं दिखाते हैं. लोअर ग्राफ शान्नोन आपसी न्यूरॉन्स की दर्ज की जनसंख्या से संकेत जानकारी से पता चलता है. बी) suprathreshold spiking गतिविधि को मापने के संकेत (प्रचार) cortical न्यूरॉन्स की आबादी के बीच प्रसार. ऊपरी ग्राफ प्रयोगात्मक डिजाइन दिखाता है, केंद्र छवि प्रतिदीप्ति छवि से पता चलता है, धराशायी लाइनों बैरल सीमाओं से संकेत मिलता है, कम ग्राफ thalamocortical फाइबर (त्रिकोण) की बिजली की उत्तेजना के जवाब में पता चला spikes से पता चलता है.
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Discussion
डिथर्ड स्कैनिंग यादृच्छिक अभिगम परोक्ष रूप से intracellular दैहिक कैल्शियम एक न्यूरॉन somata में प्रत्येक कील के साथ जुड़े में वृद्धि से suprathreshold spiking गतिविधि का पता लगाता है. intracellular कैल्शियम में वृद्धि फ्लोरोसेंट कैल्शियम रंजक द्वारा पता चला रहे हैं. डिथर्ड यादृच्छिक अभिगम स्कैनिंग की सीमाओं को कैल्शियम संकेतों के प्रतिदीप्ति सीमित संकेत करने वाली शोर अनुपात से काफी हद तक उत्पन्न होती हैं. संकेत करने वाली शोर अनुपात photodamage, जो उच्च उत्तेजना दरों का उपयोग कर नहीं की अनुमति नहीं है द्वारा सीमित बारी में है. सीमित संकेत करने वाली शोर अनुपात की वजह से, कुछ न्यूरॉन्स में कील का पता लगाने में विफल रहता है और भी निरंतर और उच्च आवृत्ति गतिविधि के लिए असफल हो सकता है. उदाहरण के लिए, जब vivo में रिकॉर्डिंग, कील का पता लगाने की जोरदार 40 हर्ट्ज पर कील दरों के लिए कम और उच्च 4. कम कील का पता लगाने के लिए कारण यह है कि सही और गलत मॉडल के लिए संभावना अंतर तेजी से कम अंतर स्पाइक अंतराल के लिए छोटे हो जाते हैं. और भी, डिथर्ड स्कैनिंग यादृच्छिक अभिगम केवल न्यूरॉन्स की आबादी जहां दैहिक कैल्शियम में बढ़ जाती है के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है अत्यधिक गतिविधि 7 spiking के साथ सहसंबद्ध होते हैं जो सभी मस्तिष्क क्षेत्रों और सेल प्रकार (टैडपोल घ्राण बल्ब 8 में ग्रेन्युल कोशिकाओं के लिए उदाहरण के लिए के लिए मामला नहीं है ).
ऑप्टिकल डिजाइन करने के लिए एक विकल्प के रूप में हम यहां इस्तेमाल किया है एक ही चश्मे के लिए के बजाय AODs दो prisms और एक विवर्तन झंझरी 4,9 के स्थानिक और लौकिक फैलाव के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. एक ही चश्मे डिजाइन के लाभ यह लेजर शक्ति के एक उच्च throughput है. हम यहां इस्तेमाल किया है आवृत्ति जनरेटर के अनुरूप नियंत्रण के लिए एक विकल्प के रूप में, एक डिजिटल नियंत्रण योजना 1,4,10 इस्तेमाल किया जा सकता है. एक एनालॉग नियंत्रण लागू करने के लिए सरल है, लेकिन यह भी अधिक बिजली के शोर विकृतियों से ग्रस्त है. विद्युत शोर बीम और दर्ज कैल्शियम संकेतों के प्रतिदीप्ति उच्च शोर में स्थिति और परिणाम को प्रभावित करने के लिए, इस प्रकार कील देते कम हो सकता हैction दक्षता. एक डिजिटल नियंत्रण योजना, दूसरे हाथ पर, डिजिटलीकरण कलाकृतियों विषय हो सकता है.
कई एल्गोरिदम प्रतिदीप्ति संकेतों से spikes के deconvolution के लिए प्रस्तावित किया गया है. ये एक टेम्पलेट मिलान एल्गोरिथ्म, एक "छीलने" एल्गोरिथ्म 4, अनुक्रमिक मोंटे कार्लो 11 तरीकों, अधिकतम संभावना विधि 3, और दूसरों के 12 शामिल हैं. केवल इन तरीकों में से कुछ inhomogeneous आबादी में स्पाइक पैदा कैल्शियम संकेतों में मतभेद के लिए खाते हैं. हमारे न्यूरॉन्स के बीच स्पाइक पैदा कैल्शियम संकेत आयाम में मतभेद के लिए एल्गोरिथ्म खाते. यह इस प्रकार के लिए एक स्वचालित और unsupervised तरीके में न्यूरॉन्स की inhomogeneous आबादी से बड़े डेटा सेट deconvolve करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
में vivo ऑप्टिकल कील का पता लगाने का उपयोग कर रिकॉर्डिंग ऊपरी परत में न्यूरॉन्स को सीमित कर रहे हैं. इसके अलावा, इन विवो रिकॉर्डिंग आंदोलन कलाकृतियों की अतिरिक्त कठिनाई है कि सिर से उठता mov का सामनाआज़ादी से पशुओं और anesthetized या immobilized जानवरों में दिल की धड़कन बढ़ने में ements. ये आंदोलन कलाकृतियों आसानी से कील का पता लगाने को रोकने क्योंकि यहां तक कि छोटे आंदोलनों प्रतिदीप्ति परिवर्तन कि spiking गतिविधि से पैदा उन से अधिक में परिणाम देगा कर सकते हैं. संभावित समाधानों oversampling और आंदोलन सुधार विधियों में शामिल हैं.
पिछले कुछ वर्षों प्रौद्योगिकी और विश्लेषणात्मक ऑप्टिकली suprathreshold तंत्रिका गतिविधि का पता लगाने के तरीके की एक तेजी से विकास देखा है. भविष्य तकनीकी सुधार आगे कर्तव्य चक्र में वृद्धि से डिथर्ड स्कैनिंग यादृच्छिक अभिगम की उपयोगिता में वृद्धि हो सकती है. दोनों कील का पता लगाने के रूप में के रूप में अच्छी तरह से दर्ज की न्यूरॉन्स की संख्या क्षमता एक उच्च कर्तव्य चक्र से लाभ. आनुवंशिक रूप से इनकोडिंग कैल्शियम संकेतक न्यूरॉन्स की सांस में धुंधला हो जाना खत्म करने या धुंधला और न्यूरॉन्स के विशिष्ट subpopulations से रिकॉर्डिंग के अनुमति दे सकता है. वर्तमान में, हालांकि, आनुवंशिक रूप से इनकोडिंग कैल्शियम संकेतकों के निचले प्रतिदीप्ति परिवर्तन करनाएकल 13 spikes के विश्वसनीय पता लगाने की अनुमति नहीं देते. अंत में, गति कलाकृतियों के लिए एक वास्तविक समय मुआवजा जाग और व्यवहार जानवरों में रिकॉर्डिंग की अनुमति होगी.
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Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
हम समीक्षकों पांडुलिपि पढ़ने के लिए डॉ. रैंडी चिटवुड धन्यवाद. यह काम व्हाइटहॉल फाउंडेशन और अल्फ्रेड पी. स्लोअन फाउंडेशन अनुदान HJK द्वारा समर्थित किया गया.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Optical components are listed in order, starting from the laser | |||
| Titan:Sapphire Laser | Coherent Inc. | Chameleon Ultra 2 | High power output recommended (>2W at 900 nm) |
| Achromatic lens f = 30 mm | Thor labs | AC254-030-B | Anti-reflection (AR) coating for 650-1050 nm |
| Achromatic lens f = 100 mm | Thor labs | AC254-100-B | AR 650-1050 nm |
| lens f = 75 mm | Thor labs | LA1608-B | AR 650-1050 nm |
| lens f = 175 mm | Thor labs | LA1229-B | AR 650-1050 nm |
| Achromatic lens f = 300 mm | Thor labs | AC254-300-B | AR 650-1050 nm |
| Achromatic lens f = 100 mm | Thor labs | AC254-100-B | AR 650-1050 nm |
| Achromatic lens f = 100 mm | Thor labs | AC254-100-B | AR 650-1050 nm |
| Acousto-optical deflectors | Intraaction Corp | ATD 6510CD2 | |
| Reflective diffraction grating | Newport | 53-011R | 100 grooves/mm for AODs with 65 MHz bandwidth and scan angle of 45 mrad |
| 21.6 mm Brewster prisms | Lambda Research Optics Inc. | IBP21.6SF10 | |
| Colored Glass | Schott | BG-39 | |
| Dichroic mirror | Chroma Technology Corp | Z532RDC | |
| Photomultiplier modules | Hamamatsu | H9305-03 | |
| DAC-ADC board | National Instruments | PCI-6115 | |
| Oregon Green 488 Bapta-1 AM | Invitrogen | O-6807 | |
References
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