Оптогенетика идентификация типа нейронов с Optrode стекла в бодрствовать мышей
Summary
Эта работа представляет метод для выполнения optogenetic единичного надежно запись от бодрствования мыши, с помощью optrode на заказ стекла.
Abstract
Это является серьезной проблемой в нейробиологии как различные типы нейронов, работают в нейронных цепей. Последние достижения в Оптогенетика позволили идентификации типа нейронов в в естественных условиях электрофизиологических экспериментов в широком мозга. В Оптогенетика эксперименты важно доставить свет на сайт записи. Однако часто трудно доставить свет стимуляция глубоких мозга регионов от поверхности мозга. Особенно это трудно для стимуляции света для достижения глубоких мозга регионов, когда Оптическая прозрачность поверхности мозга является низким, как это часто бывает с записями из спать животных. Здесь мы описываем метод для записи Спайк ответы на свет от бодрствования мыши, с помощью optrode на заказ стекла. В этом методе свет доставляется через стеклянный электрод записи, так что это позволяет надежно стимулировать записанные нейрона с свет в глубоких мозга. Этот заказ optrode система состоит из доступных и недорогих материалов и легко собрать.
Introduction
Центральная нервная система состоит из различных типов нейронов, которые имеют различные функции. Как работают эти различные типы нейронов в нейронной цепи является одной из основных проблем в неврологии. Однако во многих регионах мозга, это было невозможно отличить нейронов в vivo записи видов электрической деятельности, потому что нет никаких четкое различие в электрических Спайк сигнала, с некоторыми исключениями. Последние достижения в Оптогенетика сделали прорыв1,2. Использование трансгенных животных, в которые светочувствительных опсин (например, channelrhodopsin-2) выражается в конкретных типов нейронов, стало возможным различать типы нейронов эффективно в vivo записи3, 45,,6. В этих животных возбужденных нейронов с светочувствительные опсин, давая свет раздражители во время электрического записи, но другие нейроны не являются. Принудительным опсин нейронов, таким образом, легко отличаются от других типов нейрон их ответы на свет.
В Оптогенетика эксперименты важно доставить свет на сайт записи. Как неинвазивный метод свет часто направлен от поверхности мозга. Однако потому что сила света сокращает как он проходит через ткани мозга, трудно стимулировать глубокую мозга регионов от поверхности мозга. Особенно это трудно для стимуляции света для достижения глубоких мозга регионов, когда Оптическая прозрачность поверхности мозга является низким, как это часто бывает с записями из спать животных. Электрофизиологические эксперименты часто выполнены на наркотизированных животных, потому что движение тела вызывает шум в записи. Как хорошо документирована, однако, анестезии как известно изменить нейронных ответов7,8,9,10. Таким образом необходимо использовать спать животных с целью изучения нейронных ответов без искусственных эффектов анестезии. В отличие от экспериментов с наркотизированных животных электрофизиологические записи выполняются после восстановления от хирургии в экспериментах с животными проснулся. В период между хирургии и записи экссудата ткани часто накапливается на поверхности мозга и делает низкой оптической прозрачности поверхности мозга.
Здесь мы описываем метод для записи единичного записи из проснулся мыши, с помощью optrode стекла на заказ. В этом методе свет доставляется через стеклянный электрод записи, так что это позволяет надежно стимулировать записанные нейрон светом в глубоких мозга. Этот заказ optrode система состоит из доступных и недорогих материалов и легко собрать.
Protocol
Representative Results
Discussion
Оптогенетика стала мощным инструментом в неврологии. Он был использован для определения конкретного нейрона видов в естественных условиях , а также манипулирования деятельности конкретных нейронов путей. Разъяснение нервной деятельности различных типов нейронов способствует п…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы были поддержаны японского общества по поощрению науки KAKENHI Грант JP16K11200 и 17H 02223 и Грант на исследования от медицинского университета Канадзава S2016-8 и C2017-3. Мы благодарим куда Yuhichi за его поддержку в принятии фотографии.
Materials
| Electrode holder | Molecular Device | 1-HL-U | pipette holder for microelectrode amplifier |
| Ceramic split mating sleeve | Thorlabs | ADAF1 | f2.5 mm ferrule |
| Circuit board spacer | Teishin Denki | SPA-320 | f8.0 mm, 20.0 mm long |
| Stereotaxic frame for mice | Narishige | SR-6M-HT | Stereotaxic instruments for mice |
| Manipulator | Narishige | NA | Manual manipulator |
| Superbond | Sun Medical | M: 204610557 | Dental adhesive resin cement |
| Form2 | Formlabs | NA | 3D printer |
| Kwik-Sil | WPI | KWIK-SIL | Low toxicity silicone adhesive |
| Borosilicate glass capillaries | Narishige | GD-1.5 | OD 1.5 mm, ID 0.9 mm, 90.0 mm long |
| Fiber-optic patch cord | Doric Lenses | MFP_960/1000/2200-0.63_1m_FCM-ZF2.5 | Monofiberoptic patchcord, OD, 2.5 mm, core = 960 mm, cladding = 1000 mm, NA = 0.63 |
| Connectrized LED | Doric Lenses | LEDC-1B_FC | Central wave length = 465 nm, output power = 45 mW (Core 960 mm 0.63 NA ) |
| LED driver | Doric Lenses | LEDRV_1CH_1000 | 1 ch LED driver, maximum output = 1000 mA |
| Electrode puller | Narishige | PB-7 | Dual-stage glass micropipette puller |
| Borosilicate glass capillary | Narishige | GD-1.5 | Bolosilicate glass capillary, OD, 1.5mm, ID, 0.9 mm, 90.0 mm long |
| GENTACIN | MSD CO., Ltd | 185711173 | Antibiotic ointment |
| Terramycin®-LA | Zoetis | G 333 | Oxytetracycline |
| Tg(Slc32a1- COP4*H134R/EYFP)8Gfng/J | Jackson Labs | #14548 | VGAT-ChR2 mice |
| Multiclamp 700B | Molecular Devices | 2500-0157 | Microelectrode amplifier |
References
- Rajasethupathy, P., Ferenczi, E., Deisseroth, K. Targeting neural circuits. Cell. 165 (3), 524-534 (2016).
- Gore, F., Schwartz, E. C., Salzman, C. D. Manipulating neural activity in physiologically classified neurons: triumphs and challenges. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 370 (1677), 20140216 (2015).
- Ono, M., Bishop, D. C., Oliver, D. L. Identified GABAergic and glutamatergic neurons in the mouse inferior colliculus share similar response properties. Journal of Neuroscience. 37 (37), 8952-8964 (2017).
- Ono, M., Bishop, D. C., Oliver, D. L. Long-lasting sound-evoked afterdischarge in the auditory midbrain. Scientific Reports. 6, 20757 (2016).
- Munoz, W., Tremblay, R., Rudy, B. Channelrhodopsin-assisted patching: in vivo recording of genetically and morphologically identified neurons throughout the brain. Cell Reports. 9 (6), 2304-2316 (2014).
- Lima, S. Q., Hromadka, T., Znamenskiy, P., Zador, A. M. PINP: a new method of tagging neuronal populations for identification during in vivo electrophysiological recording. PLoS One. 4 (7), e6099 (2009).
- Kuwada, S., Batra, R., Stanford, T. R. Monaural and binaural response properties of neurons in the inferior colliculus of the rabbit: effects of sodium pentobarbital. Journal of Neurophysiology. 61 (2), 269-282 (1989).
- Populin, L. C. Anesthetics change the excitation/inhibition balance that governs sensory processing in the cat superior colliculus. Journal of Neuroscience. 25 (25), 5903-5914 (2005).
- Duque, D., Malmierca, M. S. Stimulus-specific adaptation in the inferior colliculus of the mouse: anesthesia and spontaneous activity effects. Brain Structure and Function. 220 (6), 3385-3398 (2015).
- Cai, R., Richardson, B. D., Caspary, D. M. Responses to predictable versus random temporally complex stimuli from single units in auditory thalamus: impact of aging and anesthesia. Journal of Neuroscience. 36 (41), 10696-10706 (2016).
- Zhao, S., et al. Cell type-specific channelrhodopsin-2 transgenic mice for optogenetic dissection of neural circuitry function. Nature Methods. 8 (9), 745-752 (2011).
- Ito, T., Bishop, D. C., Oliver, D. L. Two classes of GABAergic neurons in the inferior colliculus. Journal of Neuroscience. 29 (44), 13860-13869 (2009).
- Ono, M., Yanagawa, Y., Koyano, K. GABAergic neurons in inferior colliculus of the GAD67-GFP knock-in mouse: electrophysiological and morphological properties. Neuroscience Research. 51 (4), 475-492 (2005).
- Chen, Q., et al. Imaging neural activity using Thy1-GCaMP transgenic mice. Neuron. 76 (2), 297-308 (2012).
- Hirai, Y., Nishino, E., Ohmori, H. Simultaneous recording of fluorescence and electrical signals by photometric patch electrode in deep brain regions in vivo. Journal of Neurophysiology. 113 (10), 3930-3942 (2015).
- LeChasseur, Y., et al. A microprobe for parallel optical and electrical recordings from single neurons in vivo. Nature Methods. 8 (4), 319-325 (2011).
- Abaya, T. V., Blair, S., Tathireddy, P., Rieth, L., Solzbacher, F. A 3D glass optrode array for optical neural stimulation. Biomedical Optics Express. 3 (12), 3087-3104 (2012).
- Bittner, K. C., et al. Conjunctive input processing drives feature selectivity in hippocampal CA1 neurons. Nature Neuroscience. 18 (8), 1133-1142 (2015).
