仮想現実環境をナビゲートマウスにおける二光子カルシウムイメージング
Summary
ここでは、仮想現実環境での動作中のマウス皮質の2光子イメージングに関わる実験手順について説明します。
Abstract
それは行動1-6中に遺伝的に特定された細胞の活性の慢性的測定を可能にするように、近年では、2光子イメージングは、神経科学の非常に貴重なツールとなっています。ここでは、動物は仮想現実環境をナビゲートするときにマウスの皮質における二光子イメージングを実行するための方法を記載している。私たちは、明るく照らされた仮想環境内で動作して、動物におけるイメージングの鍵と実験手順の側面に焦点を当てる。我々はここでアドレスされ、この実験で発生する主要な問題：、脳の運動関連する成果物を最小限にするバーチャルリアリティ投影システムからの光漏れを最小限に抑え、レーザー誘導される組織の損傷を最小限に抑えることができます。また、仮想現実環境を制御し、瞳孔追跡を行うためにサンプルソフトウェアを提供しています。これらの手順とリソースを使えば、マウスを行動する際に使用するため、従来の2光子顕微鏡を変換することが可能でなければなりません。
Introduction
（遺伝子GCaMP5 7またはR-GECO 8、又はOGB又はFLUO4など合成染料のような符号化された）カルシウム指示薬の2光子イメージングは、マウス1-6挙動におけるニューロン活性を測定する強力な方法として登場した。それは、脳表面9,10の下約800ミクロンまでのほぼ単一の活動電位解像度での細胞の何百もの活性の同時測定を可能にします。さらに、遺伝的にコードされたカルシウム指示薬（GECIs）を用いたニューロンの活動は、慢性的に5,11,12を測定することができ、遺伝学的に定義された細胞型における13。一緒に、これらの方法は、生体内での神経計算の研究に新たな可能性の多くを開く時間的および空間分解能の程度を提供する。
外科的介入は、イメージングのためのマウス脳を露出させ、標識する必要がある。細胞は、通常、組換えアデノ随伴VIRを使用してトランスフェクトする GECI送達および頭蓋窓のためのボランティア（AAV）系は、脳への光学的アクセスを得るために注射部位上に移植される。ヘッドバーは、次いで、二光子顕微鏡下で、ヘッド固定用の頭蓋骨に取り付けられている。目を覚ましイメージングに関する問題のほとんどは準備中の不安定性に起因するとして、これらのステップの設計と実装は非常に重要です。理想的には、ここで説明する手順は、手術後数ヶ月までの慢性的なイメージングを可能にする必要があります。
2光子イメージングの際に視覚的に導かれた動作を有効にするには、ヘッド固定マウスが空気に座って、それが仮想現実環境をナビゲートするために使用できる球状のトレッドミルを、サポートしていました。トレッドミル上でのマウスの移動は、マウス14,15を囲むトロイダル画面上に表示される仮想環境内の動きに連結されている。このような運動、視覚刺激、及び瞳位置などの行動変数が06を記録することができる。
tは ">我々は仮想現実環境を探索したマウスの慢性2光子イメージングに関わる手順を説明し対処さのキーポイントは次のとおりです。運動アーチファクトの低減、光漏れの低減、同時に記録する細胞の数の最大化、および最小化光損傷。また、空気がサポートしているトレッドミル、瞳孔の追跡、および仮想現実環境の設定について詳しく説明します。ここで説明する手順は行動パラダイムの可能性のある多種多様なヘッドを固定したマウスにおいて、蛍光標識された細胞集団を画像化するために使用することができます。Protocol
全ての動物手順は、認可されカントンバーゼルシュタットの獣医学科のガイドラインに従って実施した。 1。ハードウェアおよびソフトウェアのセットアップ二光子顕微鏡のセットアップ： 照明光源（パルス幅<120フェムト秒）のようなパルス状の赤外線レーザーを使用してください。 8または12 kHzの共振スキャナおよび標準の検流計で構成される?…
Representative Results
GECIで標識された細胞集団の二光子カルシウムイメージングの画質が大きく頭蓋窓インプラントの品質に依存する。ウイルス注射の頭蓋窓を次の二週間は、明確にするために点検してください。何肉芽組織や骨の再成長見えた（ 図1A）があってはならない。また、表在血管のパターンが変更されないままべきであり、血管系の境界がはっきりと定義されるべきである。同時に、GEC…
Discussion
行動2光子イメージングの成功の鍵は、二つの方法で製剤の安定性です。
- ウィンドウ移植後日間にわたって、組織の炎症反応は、妨げたり、画像化を防ぐことができます肉芽組織や軟骨の形成の向上につながることができます。
- 実験中に脳が神経活動に関連する蛍光シグナルを破損からモーションアーチファクトを防ぐのに十分安定していなければならない。
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、生物医学研究のためのフリードリッヒミーシャー研究所、マックスプランク協会、およびヒューマン·フロンティア·サイエンス·プログラムによってサポートされていました。
Materials
| cover slips (d = 3-5 mm) | Menzel | window implant | |
| InSight DeepSee laser | Spectra-Physics | microscope | |
| 12kHz resonance scanner | Cambridge Technology | G1-003-30026 | microscope |
| Galvometer | Cambridge Technology | G6215H | microscope |
| Digitizer | National Instruments | NI 5772 | microscope |
| FPGA | National Instruments | PXIe 7965R | microscope |
| Acquisition card | National Instruments | PCIe 6363 | microscope |
| Emission filter 525/50 | Semrock | FF03-525/50-25 | microscope |
| Piezo-electric z-drive | Physikinstrumente | P-726.1CD | microscope |
| Controller for piezo-electric drive | Physikinstrumente | E665 LVPZT | microscope |
| Objective 16x, 0.8NA | Nikon | CFI75 | microscope |
| Current amplifier | Femto | DHPCA-100 | microscope |
| Photomultiplier tube | Hamamatsu | microscope | |
| USB Camera without IR filter | ImagingSource | DMK22BUC03 | pupil tracking |
| Objective 50 mm | ImagingSource | M5018-MP | pupil tracking |
| Macro adapter rings | ImagingSource | LAexSet | pupil tracking |
| Optical computer mouse | Logitech | G500 | motion tracking |
| Styrofoam ball 20 cm | e.g. idee-shop.de | 08797.00.15 | virtual environment |
| LED projector | Samsung | SP-F10M | virtual environment |
| Acquisition card | National Instruments | NI 6009 | virtual environment |
| Panda3D game engine | www.panda3d.org | virtual environment | |
| Numpy library for Python | www.scipy.org | virtual environment | |
| Scipy library for Python | www.scipy.org | virtual environment | |
| NI-DAQmx driver | National Instruments | www.ni.com | virtual environment |
| Ultrasound gel | Dahlhausen | 5701.0342.10 | imaging |
References
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Citer Cet Article
Leinweber, M., Zmarz, P., Buchmann, P., Argast, P., Hübener, M., Bonhoeffer, T., Keller, G. B. Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment. J. Vis. Exp. (84), e50885, doi:10.3791/50885 (2014).