単一セルと単スパイク分解能で閾値上神経活動の光記録
Summary
皮質機能は、多数のニューロン集団のレベルで発生するので、脊椎動物の中枢神経系の機能を理解することは、多くのニューロンからの記録が必要になります。ここでは、単一セルと単スパイク解像度、ディザリングされたランダムアクセスのスキャンと閾値上の神経活動を記録する光学的方法を説明します。この方法は、高時間分解能で、最大100からニューロンに蛍光体のカルシウムシグナルを記録します。最尤アルゴリズムは、体蛍光カルシウムシグナルから基礎閾値上神経活動をdeconvolves。この方法は、確実に高い検出効率と誤検知率の低さとスパイクを検出し、神経集団を研究するために使用することができます<em> in vitroで</em>と<em生体内で></em>。
Abstract
脊椎動物の中枢神経系における情報のシグナリングは、多くの場合、神経細胞ではなく、個々のニューロンの集団によって運ばれる。また、閾値上スパイク活動の伝播は、ニューロンの集団が含まれます。皮質機能に対処する実証研究では、直接こうして高解像度の神経細胞の集団からの録音を必要とします。ここでは、光学的手法および単一セルと単スパイクの分解能で、最大100からニューロンへの神経活動を記録するためのデコンボリューションアルゴリズムを記述する。この方法では、皮質ニューロンにおける閾値上電気スパイク（活動電位）に関連付けられている細胞内の体細胞内カルシウム濃度の一過性増加の検出に依存しています。光学録音の高時間分解能は音響光学偏向（AODs 1）を用いて高速なランダムアクセスのスキャン技術によって達成される。不透明な脳TISにおける高空間分解能でのカルシウム感受性色素結果の二光子励起2を訴える。蛍光カルシウム録音からスパイクの再建は最尤法によって達成される。同時電気生理学的および光学録音は我々の方法が確実に、（> 97％スパイク検出効率）のスパイクを検出する偽陽性スパイク検出（<0.003スパイク/ s）、および高い時間精度（約3ミリ）3率の低さがありますことを示しているスパイク検出のこの光学的な方法は 、in vitro および in vivo における 3,4麻酔動物の神経活動を記録するために使用することができます。
Protocol
Discussion
ディザリングされたランダム·アクセス·スキャンが間接的に神経細胞体の各スパイクに関連付けられている細胞内の体細胞内カルシウムの増加から閾値上スパイク活動を検出します。細胞内カルシウムの増加は、蛍光カルシウム色素で検出されます。ディザリングされたランダムアクセススキャンの制限は、カルシウム蛍光信号の限られた信号対雑音比のから大きく生じる。信号対雑音比は…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、批判的に原稿を読み取るための博士ランディChitwoodに感謝します。この作品は、ホワイトホール財団とHJKにアルフレッド·P·スローン財団の補助金によって支えられている。
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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