Registrazione ottica di attività neurale suprathreshold con risoluzione singola cellula e single-picco
Summary
Comprensione della funzione del sistema nervoso centrale dei vertebrati richiede registrazioni da molti neuroni perché funzione corticale pone a livello di popolazioni di neuroni. Qui si descrive un metodo ottico per registrare l'attività neurale suprathreshold con risoluzione di singola cellula e single-spike, dithering casuale scansione in accesso. Questo metodo registra somatiche segnali di calcio di fluorescenza da un massimo a 100 neuroni con alta risoluzione temporale. Un algoritmo di massima verosimiglianza deconvolves l'attività sottostante suprathreshold neurale dai segnali di calcio fluorescenza somatiche. Questo metodo rileva affidabile picchi con alta efficienza di rivelazione e un basso tasso di falsi positivi e possono essere utilizzati per studiare popolazioni neuronali<em> In vitro</em> E<em> In vivo</em>.
Abstract
Segnalazione di informazioni nel sistema nervoso centrale dei vertebrati sono spesso realizzate da popolazioni di neuroni anziché singoli neuroni. Anche propagazione dell'attività suprathreshold spiking coinvolge popolazioni di neuroni. Gli studi empirici riguardanti funzione corticale direttamente quindi richiedono registrazioni da popolazioni di neuroni ad alta risoluzione. Qui si descrive un metodo ottico e un algoritmo di deconvoluzione per registrare l'attività neurale da un massimo di 100 neuroni con risoluzione di singola cellula e single-picco. Questo metodo si basa sul rilevamento degli aumenti transitori delle concentrazioni di calcio intracellulare somatica associata a punte suprathreshold elettrici (potenziali d'azione) in neuroni corticali. Alta risoluzione temporale delle registrazioni ottiche viene raggiunto da un rapido accesso casuale tecnica di scansione utilizzando acusto-ottici deflettori (AOD) 1. A due fotoni di eccitazione dei risultati di calcio-colorante sensibile in alta risoluzione spaziale in tis cerebrali opachicitare in giudizio 2. Ricostruzione delle punte delle registrazioni di calcio fluorescenza viene raggiunto da un metodo di massima verosimiglianza. Simultanee registrazioni elettrofisiologiche e ottiche indicano che il nostro metodo rileva con sicurezza picchi (> 97% efficienza di rivelazione spike), ha un basso tasso di falsi positivi spike (<0,003 spikes / s), e una elevata precisione temporale (circa 3 ms) 3. Questo metodo ottico di rilevazione spike può essere utilizzato per registrare l'attività neurale in vitro e in vivo in animali anestetizzati 3,4.
Protocol
Discussion
Retinato ad accesso casuale la scansione rileva indirettamente attività suprathreshold spiking dagli aumenti del calcio intracellulare somatico associato ad ogni picco di un somata neurone. Gli aumenti di calcio intracellulare sono rilevati da coloranti fluorescenti di calcio. Le limitazioni di dithering accesso casuale scansione derivano principalmente dalla limitata del segnale-rumore dei segnali di fluorescenza del calcio. Il rapporto segnale-rumore è a sua volta limitato da fotodanneggiamento, che non consente di …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo il Dott. Randy Chitwood per la lettura critica del manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione Whitehall e la Alfred P. Sloan sovvenzioni della Fondazione per HJK.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| 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 |
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