光遗传学玻璃光纤化学传感在醒鼠中的神经型鉴定
Summary
这项工作介绍了一个方法, 以可靠地执行 optogenetic 单单元记录从清醒的鼠标使用定制玻璃光纤化学传感。
Abstract
神经回路中不同类型的神经元是如何工作的, 这是神经科学的主要关注。最近在光遗传学的研究进展, 使得在大脑神经区的体内电生理实验中神经元类型的识别成为了一种方法。在光遗传学实验中, 将光传送到记录站点是至关重要的。然而, 通常很难将刺激的光线从大脑的表面传送到大脑的深层区域。特别是, 当大脑表面的光学透明度较低时, 刺激光很难到达深部的脑区, 而醒着的动物的录音通常也是如此。在这里, 我们描述了一个方法, 记录的峰值响应的光从清醒的鼠标使用定制玻璃光纤化学传感。在这种方法中, 光通过记录玻璃电极传递, 这样就可以可靠地在脑深部区域内刺激记录的神经元。这种定制的光纤化学传感系统由可访问和廉价的材料组成, 易于组装。
Introduction
中枢神经系统由不同类型的神经元组成, 具有不同的功能。这些不同类型的神经元在神经回路中的工作方式是神经科学的主要关注之一。然而, 在许多脑区, 由于电穗信号本身没有明显的差异, 有些例外, 因此无法区分电子活动体内记录中的神经元类型。最近在光遗传学的进展取得了突破1,2。利用具有光敏视蛋白 (如channelrhodopsin-2) 的转基因动物在特定的神经元类型中表达, 在体内记录3 中有效地区分神经元类型是可能的,4,5,6。在这些动物中, 光敏感视蛋白的神经元通过在电记录中给予光刺激而兴奋, 但其他神经元却没有。因此, 视蛋白阳性神经元很容易与其他神经元类型区别, 因为它们对光的反应。
在光遗传学实验中, 将光传送到记录站点是至关重要的。作为一种非侵入性的方法, 光通常是从大脑的表面定向的。然而, 由于光的强度降低, 因为它通过脑组织, 这是很难刺激大脑的深层区域从脑的表面。特别是, 当大脑表面的光学透明度较低时, 刺激光很难到达深部的脑区, 而醒着的动物的录音通常也是如此。电生理实验常常是在麻醉动物身上进行的, 因为身体运动会导致录音中的噪音。然而, 众所周知, 麻醉是改变神经反应7,8,9,10。因此, 有必要使用清醒的动物, 以研究神经反应没有人工作用的麻醉。与麻醉动物的实验不同, 电生理记录是在实验中与醒着的动物的手术恢复后进行的。在手术与录音之间的时间间隔内, 组织渗出物经常堆积在脑表面, 使脑表面的光学透明度降低。
在这里, 我们描述了一个方法, 记录从一个清醒的小鼠使用定制玻璃光纤化学传感的单单位录音。在这种方法中, 光通过记录玻璃电极传递, 以便在深部脑区能可靠地刺激被记录的神经元。这种定制的光纤化学传感系统由可访问和廉价的材料组成, 易于组装。
Protocol
Representative Results
Discussion
光遗传学已经成为神经科学的有力工具。它用于识别体内特定的神经元类型, 以及操纵特定神经元通路的活动。对不同神经元类型的神经活动的澄清促进了对神经回路机制的理解。在这里, 我们演示了一种方法, 通过一个玻璃电极在清醒的 VGAT-ChR2 小鼠 IC 的芯片上传送光到录音现场。
在描述的方法中有几个关键步骤。首先, 它是一个要求使用的动物有充分和特定的表达 op…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者得到了日本促进科学 KAKENHI 赠款 JP16K11200 和17H02223 协会的支持, 以及金泽医科大学 S2016-8 和 C2017-3 的研究补助金。我们感谢 Yuhichi 大海在拍照时的支持。
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 |
Referências
- 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).
