Summary
介绍了一种使用电压敏感染料的脑切片可重复、稳定的光学记录方法。本文介绍了电压敏感染料染色和记录光信号使用传统的海马切片制剂。
Abstract
宽场单光子电压敏感染料(VSD)成像脑切片制剂是评估神经回路功能连接的有用工具。由于光信号的分量变化,很难将这种方法用作定量测定。本文介绍了特殊的光学和切片处理系统,使该技术稳定可靠。本文详细介绍了VSD染色海马切片的切片处理、染色和记录。该系统长期保持生理条件,具有良好的染色,并防止切片在记录过程中的机械运动。此外,它还能用少量的染料染色切片。光学器件在低放大倍率下实现高数值光圈,从而能够以10 kHz的最大帧速率记录VSD信号,具有100像素x100像素的空间分辨率。由于帧速率和空间分辨率高,该技术允许应用后记录滤波器,提供充足的信噪比,以评估神经回路的变化。
Introduction
宽场单光子电压敏感染料(VSD)成像的散装染色脑切片制剂已成为一个有用的定量工具,以评估神经回路1,2,3,4的动态.在分析了膜激发5、6、7、VSD成像引起的光学特性变化后,科恩等人于20世纪70年代初首次描述了VSD成像。 9;当染料直接探测膜电位变化(即神经元的主要信号)时,它是实时监测大脑功能的合适方法。
最早的VSD具有理解大脑系统的理想特征,如快速时间常数,以跟踪神经元膜电位事件的快速动力学,以及线性随膜电位变化9,10,11,12,13,14,15.与其他成像实验类似,这种技术需要广泛的特定调谐,如照相机、光学、软件和切片生理学,以达到预期的结果。由于这些技术缺陷,对于大多数不专门从事这种技术的实验室来说,在初步努力期间的预期效益并不一定实现。
技术难度的主要原因是VSD在切片制剂的批量染色时对膜潜在变化的灵敏度较低。光学信号的大小(即荧光的分量变化)通常在生理条件下是控制(F0)信号的10-4-10-3。神经元膜电位变化的时间尺度约为毫秒到几百毫秒。为了测量神经元膜电位的变化,用于录制的摄像机应该能够获取高速(10 kHz 到 100 Hz)的图像。VSD 的低灵敏度和跟随神经信号所需的速度要求在高速的摄像机上收集大量光,并且具有高信噪比 (S/N)2、16。
记录系统的光学元件也是确保收集足够光线和改善S/N的关键元件。光学器件实现的放大倍率通常过低,例如 1 倍到 10 倍,以可视化局部功能神经回路。例如,为了可视化海马电路的动态,大约5的放大倍率是合适的。这种低放大倍率具有低荧光效率;因此,先进的光学设备将有利于这种记录。
此外,切片生理学也是必不可少的。由于成像分析要求切片完好无损,因此需要仔细处理切片。此外,为维持切片的可存活性而采取的措施,亦是重要的18。
本文介绍了切片制备、VSD 染色和测量的协议。本文还概述了对VSD、成像器件和光学器件的改进,以及对实验系统的其他改进,这些改进使这种方法能够用作一种简单、强大和定量的测定,用于可视化大脑功能的修饰19,20,21,22,23,24,25。该技术还可用于海马切片1的CA1区域的长期强权。此外,该技术在光记录单个神经细胞26的膜电位方面也很有用。
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Protocol
所有动物实验均按照德岛邦里大学动物护理和使用委员会批准的规程进行。以下切片制备协议几乎是一个标准程序27,但修改是VSD染色和记录的协议。
1. 实验前的准备
- 准备股票A(表1),股票B(表2)和股票C(表3)溶液,并存放在冰箱中。
- 准备1L的人工脑脊液(ACSF)(表4,见步骤3),并保存在冰箱中。
- 准备1L的改性ACSF(表5),并保存在冰箱里。
- 在 2 mL 小瓶中分配 500 μL 胎儿血清 (FBS) 等分,并储存在冰箱中。
- 将 4% 的琼脂粉溶解在 ACSF (约 120 mL) 中的微波炉中,然后倒入 90 mm 一次性培养皿中。在进一步使用之前,应冷藏琼脂板。
- 在实验前一天将下列物品放入冰箱中:手术托盘、切片器容器和铝冷却块(120 x 120 x 20 mm3)。
- 确保有足够的有机玻璃环,带用于切片处理系统的膜过滤器17、28(参见步骤 6.12)。
- 在微波炉中将2%的琼脂粉溶解在3M KCl的50 mL中。使用用于接地电极的微移液器,在 200 μL 吸头中获取约 85 μL 的暖琼脂-KCl 溶剂。将尖端分离到静止的琼脂 3 M KCl 凝胶中。重复此步骤,用 2% 的琼脂填充约 20-40 个提示。
2. 准备VSD(di-4-ANEPPS)库存解决方案
- 用超纯水制备1mL的10%聚乙氧-酯油用油溶液。
- 将1mL乙醇加入一小瓶di-4-ANEPPS(5毫克小瓶),涡旋和声波10分钟。该溶液将变成深红色,可能残留的di-4-ANEPPS晶体。
注:此步骤中使用的乙醇应新鲜打开。 - 将溶液转移到带 O 型环的 2 mL 微管中。向下旋转溶液,加入500 μL的10%聚乙氧酸酯油液。
注:染料是高度亲脂的。DMSO 和 poloxamer 也可用于溶解 di-4-ANEPPS,但就膜电位变化时的光信号而言,我们发现使用乙醇-聚乙氧基酯油可产生更好的信噪比。这可能与溶剂向细胞膜的转移率有关。 - 涡旋和声波,直到染料完全溶解。
- 避免暴露在光线下,并保存在冰箱中。请勿存放在冰箱中。这种股票可以持续几个月。
注:在实验当天,按照步骤 3-9 操作。
3. ACSF (1 L) 的每日准备 (表 4)
- 称量NaCl,NaHCO3,和葡萄糖在烧瓶。
- 将 950 mL 的蒸馏水加入烧瓶,然后开始冒泡,使用 95% O2/5% CO2气体。
- 将 2.5 mL 的 A 溶液添加到烧瓶中,并在室温下孵育约 10 分钟。
- 将 2.5 mL 的 C 库存溶液添加到烧瓶中。
- 加入蒸馏水,使溶液为1升。
4. 染色 VSD 溶液的每日准备
- 在超音速器中将 500 μL 的 FBS 和 VSD 库存溶液(步骤 2)中进行 5 分钟声波处理。
- 将 500 μL 新鲜制备的 ACSF 添加到 FBS 小瓶中。
- 将20(小鼠)或40(大鼠)μL VSD库存溶液加入小瓶。
- 超声波和涡旋小瓶,直到溶液变成淡橙色。
5. 手术准备
- 将 100 mL 的冷冻 ACSF 分别放入 300 mL 不锈钢容器、300 mL 烧杯和塑料容器中,并将其放入冰箱中。将150 mL的冷冻改性ACSF(表2)倒入另一个烧杯中,并放入冰柜中。等待解决方案冷却;所花时间应事先测量和确定。
- 折叠以将剃须刀刀片(碳钢,工业级 0.13 mm 厚,两侧刀片)折成切片机的一半。
注:另一半可用于使用适当的刀片支架进行解剖。 - 从 ACSF 4% 琼脂板上准备一个带调整夹具的块(图 1)。
- 准备一个潮湿的孵育室(界面类型室;一个经过改良的1.2 L紧闭密封盒,带有硅胶包装),以保持大脑切片在生理上存活(图2);在小容器中加入 ACSF,在 95% O2/5% CO2气体中加入碳酸盐,并在顶部填充 90 mm x 20 mm 培养皿。
注:应将较小的培养皿(60 mm x 20 mm)放在 90 mm 盘的中心,以支持盘子上的滤纸。 - 将盒子放在加热装置上,等待 20 分钟将其加热至 28°C。
- 将碎冰加入切片机的容器。将以下仪器放入不锈钢桶(小)冰上:手术刀、刀片支架、环钳、琼脂块和切片机阶段。保持冷冻ACSF和改良的ACSF在冰和气泡与95%O2/5% CO2气体(又名卡博根)。
- 将以下乐器放入大桶(大):剪刀(大、小)、钳子、铲子、勺子和对角钳。
6. 外科手术(老鼠)
- 在烟罩中使用烟胶麻醉小鼠。通过检查动物脚趾捏时的踏板反射来评估麻醉水平。
- 将鼠标斩首,将头部浸入冰冷的 ACSF 中,放在不锈钢手术托盘中。
- 在1分钟内提取大脑,并将其放入装有冷冻ACSF的烧杯5分钟。
- 把大脑从烧杯里拿出来,用手术刀修剪大脑块(图3A)。
- 将大脑块放在 4% 的琼脂块上(步骤 5.3,图 3B)。两个半球都可以安装在琼脂块上。用滤纸擦拭块中多余的 ACSF。
- 将薄胶(超级胶水)涂在切片台上。将琼脂块放在其上,并用滤纸擦拭多余的粘合剂。
- 使用脑琼块顶部的移液器轻轻涂抹少量冰冷的 ACSF (+5 mL)。这将有助于巩固多余的超级胶水,防止胶水覆盖大脑和干扰切片。
- 将切片器表固定到切片器托盘 (图 3C) 并倒入修改后的 ACSF。
- 将切片器设置为低速,刀片频率最大。
- 将切片厚度设置为 350-400 μm 并开始切片(图 3C)。将切片按顺序放置在切片托盘的角落,以便可以轻松分辨切片的深度。通常可以从一个半球获得三到五个切片。
- 使用 30 G 针头切断脑干部分 (图 3D)。
注:如有必要,应在双目显微镜下对脑切片进行显微手术,如 CA3-CA1 边界之间的切口。 - 使用小笔尖的油漆刷,将切片放在膜过滤器的中心(0.45 μm 孔隙,PTFE 膜,直径 13 mm)上,用全玻璃环17(15 mm 外径、11 mm 内径、1 毫米厚度图3E) 进行。将环放在潮湿的回收室中(图2),并固定盖子以保持内部压力高。
注:切片将在 30 分钟内粘到膜上,并可在记录室的后续步骤中使用环进行处理。无需使用权重或其他度量来保持切片原位。 - 调整切片在环中的方向和位置,以确保其居中居中且方向一致(请参阅步骤 9.3)。
- 将试样在28°C下保持30分钟,然后在室温下至少10至30分钟,以回收切片。
注:切片现在可以保持良好的生理状态至少15小时。
7. 切片的染色和染色(小鼠)
- 使用微移液器将染色溶液的 100-110 μL(步骤 4)轻轻涂抹在环上的每片上。八到九片可以沾染步骤 4 中制备的一个染色溶液。将切片留20分钟进行染色。
- 在容器中制备 50-100 mL 的 ACSF,并将带切片试样的环放入容器中冲洗染色溶液。
- 将冲洗过的切片存放在另一个孵化室。在实验之前等待 1 小时以上以恢复。
注:孵化室可以从气体中分离,在密封的条件下移动到记录位置。没有气体供应,切片至少可以存活 20 分钟。当您需要将切片移动到另一个位置进行录制时,这非常有用。
8. 实验装置的日常制备
- 打开放大器、计算机和摄像机系统,并检查软件是否正在运行。
- 将 ACSF 放入 50 mL 管中,并放入带卡博根的气泡中。
- 使用蠕动泵循环 ACSF。将流速调整到大约 1 mL/min。
- 调整吸液器的高度,使实验室内的液位始终恒定。
注:溶液的电平对于获得稳定的记录很重要,因此,应该使用微操作器进行调整。 - 安装由黄色芯片组成的接地电极,其中填充了 3 M KCl 琼脂 (2%)(步骤 1.8) 进入带有 3 M KCl 溶液的 Ag-AgCl 导线的支架。
- 使用锥形薄管黄尖将少量 ACSF(约体积的三分之二)填充到玻璃电极中(1 mm 外径,0.78 mm 内径,用微移液器拉拔器),并将其放入电极支架中。
- 将支架连接到安装在操纵器中的杆上。使用放大器确保电极电阻约为 1 MΩ。
注:长柄宽开口(4-8 μm开口)贴片式电极应适合现场记录和作为刺激电极。
9. 开始录制会话
- 用钳子从潮湿的室内进行切片准备。
- 快速将切片放在显微镜下的实验室(图4)。
- 将环的边缘牢固地推入硅胶 O 型环中。小心不要破坏实验室的膜或底部。
注:在视野中刺激和记录电极的方向时,应考虑切片的方向。健康切片应粘在膜过滤器上,因此无需使用其他设备来固定切片,如重量和尼龙网。 - 将刺激电极和场电位记录电极的尖端置于显微镜下的切片上,并带有透射光。
- 使用电生理记录系统检查响应。使用给定配置确认通常(非染色)电生理记录。
注:记录电极可以省略,但可用于检查切片的生理学。 - 在 10 kHz 采样时,将激发光强度调整为摄像机最大容量的大约 70-80%,在试样处与5x 水浸物镜和 1x PLAN APO 管透镜进行采样时,该容量为 13-15 mW/cm 2。激发光波长为 530 nm,发射滤波器必须大于 590 nm。
注:使用快门将激发光量降至最低。连续的光线照射可能会恶化切片的生理。光的可能有害影响取决于光的强度和持续时间。使用电生理记录来判断光的效果。在强度为13-15 mW/cm2的情况下,约1s的曝光应该是公差的上限。 - 使用荧光光源调整采集系统的对焦,因为焦点可能因波长而异并开始采集。
- 检查图像采集软件中的数据。
注:我们使用原始微编程包的数值分析软件进行详细分析。
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Representative Results
图5显示了在小鼠海马切片的CA1区域对舍弗附带物进行电刺激时具有代表性的光信号。图 5A中的连续图像显示应用任何空间和时间滤波器之前的光信号,而图 5B显示应用 5 x 5 x 5 立方滤波器(高斯内核卷积、5 x 5 空间卷积和 5 到时间维度)两次。由于帧速率高(0.1 ms/frame)和高空间分辨率(100 像素 x 100 像素),滤波器的应用没有更改信号,而是过滤掉噪声,在单个试验中以像素为单位记录的时间过程中也可以观察到噪声(图5C,无过滤器;图5D,带过滤器;和图 5E,叠加)。
图6比较了小鼠(图6A)和大鼠(图6B)之间海马切片区域CA1的典型响应。如图所示,在将相同的刺激应用于 CA1/CA3 边界附近的 Schaffer 抵押品时,大鼠海马切片中明显出现抑制输入引起的超极化反应。在小鼠海马切片中24 ms后,在CA1的远端观察到小的超极化反应,但更大规模的超极化反应超过大鼠海马切片的去极化反应。VSD成像可以清楚地显示小鼠和大鼠海马切片之间的差异。
图 1: 用于安装用于切片的脑组织和用于制作块的夹具的琼脂块的插图。(A) 脑块和 4% 琼脂块 (B) 的示意图插图。(C, D)由全玻璃板(每个5毫米厚)制作的可调节夹具的照片,用于制作琼脂块。在准备琼脂块时,上板和下板应堆叠,如 D. (E) 所示,通过将刀片插入长薄槽 (1) 和 (2), 将三角形部分切出,槽 (3) 用于修剪块的整个深度。(4) 拆下上板,使非必要零件切出。使用插槽 1 和 2,仅进行 5 mm 深切口,以便生成块,如 (A) 和 (B) 所示。请点击此处查看此图的较大版本。
图 2:用于维持切片生理学的界面类型孵育室的插图。(A) 系统概述.(B) 内部细节.(C) 回收室的插图。标本应放置在位于 ACSF 填充的 90 mm 和 60 mm 培养皿上的滤纸上。后一道菜是支持滤纸。盘子和ACSF冒泡容器用玻璃板固定到位。滤纸不应接触密封盒的墙壁或容器。空气通过冒泡瓶供应,该瓶在腔室中含有湿气。请点击此处查看此图的较大版本。
图 3:从老鼠大脑中做切片制剂。(A) 孤立的小鼠大脑应首先在虚线 (a) 处切割,然后 (b) 切割。最后,切口应沿线 (c) 进行。切口应垂直于底部。(B) 脑块应安装在琼脂块上。(C) 琼脂块应放在切片器上。(D) 结果切片。多余的组织应在虚线处切割。(E) 切片应放置在带玻璃支架的膜过滤器中心(外径 15 mm,内径 11 mm,PTFE 膜过滤器 13 mm)。请点击此处查看此图的较大版本。
图 4: 切片制剂的光信号记录系统。(A) 用于拍摄当前手稿中切片的显微镜照片.光学元件包括物镜(5x NA0.60)、用于双色滤波器(580 nm)的镜盒和投影(管)透镜(PLAN APO x1.0)。高速摄像机通过 c 型安装安装在投影镜头的顶部。还有另一个常见的 USB 摄像机可供观察。使用光纤引入激励光。(B) 与镜盒兼容的镜片的照片。(C) 记录系统的原理图.成像系统和电生理记录系统由PC控制。LED照明系统采用光电二极管反馈控制系统作为光源。请点击此处查看此图的较大版本。
图 5:在单个试验中,小鼠海马切片区域 CA1 中的代表性光学信号。(A) 连续图像显示在应用任何空间和时间滤波器(每 0.2 ms)之前,沿 Schaffer 辅助通路以 0.1 ms/frame 的帧速率获取的神经元信号的传播。激励为 530 nm,排放为 >590 nm。(B) 应用5 x 5 x 5的三维高斯内核后的相同数据。(C, D)代表性像素中的光学信号痕迹 [每两个像素 (36 μm) 沿 CA1 中间的一条线显示在 A 的正方形中,[ 表示层金字塔中的像素] 来自 A 和 B ( E) 中显示的数据。 C 和 D 中的光学信号。请点击此处查看此图的较大版本。
图 6: 小鼠和大鼠海马切片的光信号比较。在小鼠(A) 和大鼠 (B) 海马切片的 CA3/CA1 边界附近对舍弗附带通路进行电刺激时,具有代表性的连续图像。视频 1 显示了小鼠海马切片,视频 2 显示了大鼠海马切片。图的右侧显示了 CA1 中层金字塔(st. pyr.) 和地层辐射(st. rad.)的光学信号的时间过程。请点击此处查看此图的较大版本。
最终 mM | 重量 | |
NaH2PO4 = 2H2O | 1.25 mM | 3.90克 |
MgSO4+7H2O | 2 mM | 9.86 克 |
氯化钾 | 2.5 mM | 3.73 克 |
添加 H2O 可制作 50 mL |
表1:股票A。
最终 mM | 重量 | |
MgSO4+7H2O | 2 mM | 12.32 克 |
添加 H2O 可制作 50 mL |
表2:库存B。
最终 mM | 重量 | |
CaCl2+2H2O | 2 mM | 5.88克 |
添加 H2O 可制作 50 mL |
表3:股票C。
决赛 (mM) | 重量 | |
Nacl | 124 mM | 7.25 克 |
NaHCO3 | 26 mM | 2.18 克 |
葡萄糖 | 10 mM | 1.8 克 |
股票 A | 2.5 mL | |
加入约 950 mL 的 H2O 和气泡与混合气体 (95 % O2/5 % CO2) (10 分钟) | ||
股票 C (CaCl2) | 2 mM | 2.5 mL |
添加 H2O 可制作 1,000 mL |
表4:ACSF的每日准备。
决赛 (mM) | 重量 | |
NaHCO3 | 26 mM | 2.18 克 |
蔗糖 | 205.35 mM | 70.29 克 |
葡萄糖 | 10 mM | 1.8 克 |
股票 A | 2.5 mL | |
库存 B | 2.0 mL | |
加入约 900 mL 的 H2O 和气泡与混合气体 (95 % O2/5% CO2) (10 分钟) | ||
股票 C | 0.4 mM | 0.5 mL |
添加 H2O 可制作 1,000 mL |
表5:改进的ACSF(切割溶液)。
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Discussion
切片生理学对于收集正确的信号至关重要。在本议定书中使用环膜过滤系统可确保切片在整个程序2、16、17中保持健康且不变形。其他系统可用于在记录期间保持切片生理学,但切片不应在任何时候变形,因为成像需要切片的每个部分都保持健康。环形膜过滤系统也更适合染色,因为这有助于我们最大限度地减少所需的染色溶液的体积。控制激发光的强度也很重要,因为相对于时间分数,它应较低。连续照明会损坏试样;因此,必须适当使用快门。
VSD的毒性经常被讨论29,但它是染料浓度、激发光强度和照射光持续时间非线性倍增的结果。本协议中显示的染色过程不会导致切片的生理参数发生任何可测量的变化,例如场电位记录和长期电位 (LTP) 的输入-输出关系,配对脉冲便利化。切片生理学的恶化是相当大的,特别是在连续照明16,但它可以通过监测场势管理。通过使用这些预防措施,我们可以记录LTP与连续光学记录使用VSD超过12小时24,这是可比的最佳条件体外实验。
在录制过程中,空气表可能很有用,但由于光学元件的放大率较低,因此应允许与其他设备的绝缘。然而,机械干扰是成像不良的重要原因之一。如果图像中的大量假信号由物体边缘的相反符号组成,因此亮度的差异,则很可能是由机械干扰引起的。试样和流体的运动是运动噪音的最常见原因,因此,应避免或最小化。
VSD 信号(光强的分量变化)很小(初始荧光的 10-3到 10-4)。为了检测这种小的变化,荧光在探测器上应超过10个5到106个光子,以克服光子射噪的影响。此外,为了跟踪神经元活动,帧速率应快速,接近执行电生理记录(如 kHz 范围周围)所需的时间常数。这两种情况的组合需要比其他类型的荧光成像更广的荧光量。这需要整个光学器件的高数值孔径,而通常的显微镜不是最佳选择。需要较大的孔径和光圈,如图4所示。
重新编码系统应与较大的光子井深度、快速帧速率和低噪声相匹配。选择主要取决于神经系统的速度。更快的信号,如海马信号转导需要专门的超快、低噪声系统。然而,使用通常但科学的分级摄像机可以检测到缓慢的信号,如皮质中活动传播缓慢。
光源的选择也至关重要。光的选择取决于其强度、稳定性和照明面积。在低放大倍率广域成像的情况下,光光源(如弧和激光)需要扩展,这使得使用这些光源变得很困难。电弧,如汞灯和 Xenon 灯,是明亮的光源,但通常不稳定。然而,最近开发Xenon光可能会克服这个问题。卤素灯稳定,具有更大的灯丝面积,可轻松与广域成像相匹配,但强度有限,尤其是在 530 nm 时。功率 LED 的最新发展使我们能够将其用作潜在的光源,但由于温度依赖性,它必须具有反馈稳定器。可以使用激光,但高一致性会导致斑点噪声,这在广域成像中通常是不可接受的。
本文中介绍的 VSD 成像协议测量了相对于静止状态的值。不能使用当前技术对膜电位进行绝对测量。比例成像和荧光寿命测量可用于评估绝对膜电位。
低放大倍率下大量沾染VSD的脑切片成像可以证明微电路相互作用的亚阈值膜潜在变化。这种关于实时分辨率的微电路之间连接的功能范围,对于大脑研究的许多领域都非常有用,特别是分析最有可能由这种兴奋和抑制功能引起的病理方面不同大脑区域之间的连接。这个应用将是至关重要的研究神经回路的变化与某些类型的神经精神病30,31,32。
基因编码电压指示器33、34的开发是光学膜电位记录的未来方向,将为细胞类型特定神经分析的诱人应用铺平道路电路级事件。
光学器件有很大的改进空间,尤其是广域功能连接可视化。我们新颖的共聚焦光学器件35可实现VSD信号的高速和高S/N比记录。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
TT 获得 JSPS KAKENHI 赠款 (JP16H06532, JP16K21743、JP16H06524、JP16K0038 和 JP15K00413)来自 MEXT,卫生、劳动和福利部(MHLW-kagaku-ippan-H27 [15570760] 和 H30 [18062156])。我们要感谢编辑(www.editage.jp)的英语语言编辑。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
High speed image acquisition system | Brainvision co. Ltd. | MiCAM - Ultima | Imaging system |
High speed image acquisition system | Brainvision co. Ltd. | MiCAM 02 | Imaging system |
Macroscepe for wide field imaging | Brainvision co. Ltd. | THT macroscope | macroscope |
High powere LED illumination system with photo-diodode stablilizer | Brainvision co. Ltd. | LEX-2G | LED illumination |
Image acquisition software | Brainvision co. Ltd. | BV-ana | image acquisition software |
Multifunctional electric stimulator | Brainvision co. Ltd. | ESTM-8 | Stimulus isolator+AD/DA converter |
Slicer | Leica | VT-1200S | slicer |
Slicer | Leica | VT-1000 | slicer |
Blade for slicer | Feather Safety Razor Co., Ltd. | #99027 | carbon steel razor blade |
Membrane filter for slice support | Merk Millipore Ltd., MA, USA | Omnipore, JHWP01300, 0.45 µm pores, | membrane filter/0.45 13 |
Numerical analysis software | Wavemetrics Inc., OR, USA | IgorPro | analysing software |
Stimulation isolator | WPI Inc. | A395 | Stimulus isolator |
AD/DA converter | Instrutech | ITC-18 | AD/DA converter |
Voltage sensitive dye Di-4-ANEPPS | Invitrogen, Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | catalog number: D-1199 | VSD: Di-4-ANEPPS |
Poloxamer | Invitrogen, Thermo-Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | Pluronic F-127 P30000MP | poloxamer/Pluronic F-127 (20% solution in DMSO) |
Polyethoxylated castor oil | Sigma-Aldrich | Cremophor EL C5135 | polyethoxylated castor oil |
References
- Tominaga, Y., Taketoshi, M., Tominaga, T. Overall Assay of Neuronal Signal Propagation Pattern With Long-Term Potentiation (LTP) in Hippocampal Slices From the CA1 Area With Fast Voltage-Sensitive Dye Imaging. Frontiers in Cellular Neuroscience. 12, 389 (2018).
- Tominaga, T., Kajiwara, R., Tominaga, Y. VSD Imaging Method of Ex Vivo Brain Preparation. Journal of Neuroscience and Neuroengineering. 2 (3), 211-219 (2013).
- Homma, R., et al. Wide-field and two-photon imaging of brain activity with voltage- and calcium-sensitive dyes. Methods Mol Biol. 364 (1529), 2453-2467 (2009).
- Grinvald, A., Hildesheim, R. VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics. Nature Reviews Neuroscience. 5 (11), 874-885 (2004).
- Tasaki, I., Watanabe, A., Sandlin, R., Carnay, L. Changes in fluorescence, turbidity, and birefringence associated with nerve excitation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 61 (3), 883-888 (1968).
- Cohen, L., Keynes, R., Hille, B. Light Scattering and Birefringence Changes during Nerve Activity. Nature. 218 (5140), 438-441 (1968).
- Hill, D., Keynes, R.
Opacity changes in stimulated nerve. The Journal of Physiology. 108 (3), 278-281 (1949). - Waggoner, A., Salzberg, B., Davila, H., Cohen, L. A Large Change in Axon Fluorescence that Provides a Promising Method for Measuring Membrane Potential. Nature New Biology. 241 (109), 159 (1973).
- Salzberg, B., Davila, H., Cohen, L. Optical Recording of Impulses in Individual Neurones of an Invertebrate Central Nervous System. Nature. 246 (5434), (1973).
- Cohen, L., lzberg, B., Grinvald, A. Optical Methods for Monitoring Neuron Activity. Annual Review of Neuroscience. 1 (1), 171-182 (1978).
- Ross, W. N., Salzberg, B. M., Cohen, L. B., Davila, H. V. A large change in dye absorption during the action potential. Biophysical Journal. 14 (12), 983-986 (1974).
- Loew, L. M., Cohen, L. B., Salzberg, B. M., Obaid, A. L., Bezanilla, F. Charge-shift probes of membrane potential. Characterization of aminostyrylpyridinium dyes on the squid giant axon. Biophysical Journal. 47 (1), 71-77 (1985).
- Loew, L. M., et al. A naphthyl analog of the aminostyryl pyridinium class of potentiometric membrane dyes shows consistent sensitivity in a variety of tissue, cell, and model membrane preparations. The Journal of Membrane Biology. 130 (1), 1-10 (1992).
- Mullah, S., et al. Evaluation of Voltage-Sensitive Fluorescence Dyes for Monitoring Neuronal Activity in the Embryonic Central Nervous System. The Journal of Membrane Biology. 246 (9), 679-688 (2013).
- Momose-Sato, Y., Sato, K., Arai, Y., Yazawa, I., Mochida, H., Kamino, K. Evaluation of Voltage-Sensitive Dyes for Long-Term Recording of Neural Activity in the Hippocampus. Journal of Membrane Biology. 172 (2), 145-157 (1999).
- Tominaga, T., Tominaga, Y., Yamada, H., Matsumoto, G., Ichikawa, M. Quantification of optical signals with electrophysiological signals in neural activities of Di-4-ANEPPS stained rat hippocampal slices. Journal of Neuroscience Methods. 102 (1), 11-23 (2000).
- Experimental apparatus for sliced specimen of biological tissue and specimen holder. US Patent. Tominaga, T., Ichikawa, M. , US 6,448,063 B2 (2002).
- Buskila, Y., Breen, P. P., Tapson, J., van Schaik, A., Barton, M., Morley, J. W.
Extending the viability of acute brain slices. Scientific Reports. 4 (1), srep05309 (2015). - Tanemura, K., et al. Neurodegeneration with Tau Accumulation in a Transgenic Mouse Expressing V337M Human Tau. Journal of Neuroscience. 22 (1), 133-141 (2002).
- Tominaga, Y., Ichikawa, M., Tominaga, T. Membrane potential response profiles of CA1 pyramidal cells probed with voltage-sensitive dye optical imaging in rat hippocampal slices reveal the impact of GABAA-mediated feed-forward inhibition in signal propagation. Neuroscience Research. 64 (2), 152-161 (2009).
- Suh, J., Rivest, A. J., Nakashiba, T., Tominaga, T., Tonegawa, S. Entorhinal Cortex Layer III Input to the Hippocampus Is Crucial for Temporal Association Memory. Science. 334 (6061), 1415-1420 (2011).
- Juliandi, B., et al. Reduced Adult Hippocampal Neurogenesis and Cognitive Impairments following Prenatal Treatment of the Antiepileptic Drug Valproic Acid. Stem cell reports. 5 (6), 1-14 (2016).
- Stepan, J., Dine, J., Eder, M. Functional optical probing of the hippocampal trisynaptic circuit in vitro: network dynamics, filter properties, and polysynaptic induction of CA1 LTP. Frontiers in Neuroscience. 9, 160 (2015).
- Tominaga, Y., Taketoshi, M., Tominaga, T. Overall Assay of Neuronal Signal Propagation Pattern With Long-Term Potentiation (LTP) in Hippocampal Slices From the CA1 Area With Fast Voltage-Sensitive Dye Imaging. Frontiers in Cellular Neuroscience. 12, 389 (2018).
- Kajiwara, R., Tominaga, Y., Tominaga, T. Network Plasticity Involved in the Spread of Neural Activity Within the Rhinal Cortices as Revealed by Voltage-Sensitive Dye Imaging in Mouse Brain Slices. Frontiers in Cellular Neuroscience. 13, 20 (2019).
- Popovic, M., Gao, X., Zecevic, D. Voltage-sensitive dye recording from axons, dendrites and dendritic spines of individual neurons in brain slices. Journal of visualized experiments. , (2012).
- Sakmann, B., Stuart, G. Single-Channel Recording. , (1995).
- Tominaga, T., Tominaga, Y., Ichikawa, M. Optical imaging of long-lasting depolarization on burst stimulation in area CA1 of rat hippocampal slices. Journal of neurophysiology. 88 (3), 1523-1532 (2002).
- Mennerick, S., et al. Diverse Voltage-Sensitive Dyes Modulate GABAAReceptor Function. The Journal of Neuroscience. 30 (8), 2871-2879 (2010).
- Canitano, R., Pallagrosi, M. Autism Spectrum Disorders and Schizophrenia Spectrum Disorders: Excitation/Inhibition Imbalance and Developmental Trajectories. Frontiers in Psychiatry. 8, 69 (2017).
- Anticevic, A., Murray, J. D. Rebalancing Altered Computations: Considering the Role of Neural Excitation and Inhibition Balance Across the Psychiatric Spectrum. Biological Psychiatry. 81 (10), 816-817 (2017).
- Busche, M., Konnerth, A. Impairments of neural circuit function in Alzheimer’s disease. Phil. Trans. R. Soc. B. 371 (1700), 20150429 (2016).
- Knöpfel, T. Genetically encoded optical indicators for the analysis of neuronal circuits. Nature Reviews Neuroscience. 13 (10), 687 (2012).
- Knöpfel, T. Expanding the toolbox for remote control of neuronal circuits. Nature Methods. 5 (4), 293 (2008).
- Tominaga, T., Tominaga, Y. A new nonscanning confocal microscopy module for functional voltage-sensitive dye and Ca2+ imaging of neuronal circuit activity. Journal of Neurophysiology. 110 (2), 553-561 (2013).