Grabación óptica de la actividad neural suprathreshold con la resolución de una sola célula y único punta-

Summary

La comprensión de la función del sistema nervioso central de vertebrados requiere grabaciones de muchas neuronas porque la función cortical surge en el nivel de las poblaciones de neuronas. Aquí se describe un método óptico para registrar la actividad neuronal con suprathreshold resolución unicelular y único punta-, vaciló al azar escaneado en acceso. Este método graba somáticas fluorescencia señales de calcio de hasta 100 neuronas con alta resolución temporal. Un algoritmo de máxima probabilidad deconvolves la actividad neural subyacente suprathreshold partir de las señales de fluorescencia de calcio somáticas. Este método detecta de forma fiable con los picos de alta eficiencia de detección y una baja tasa de falsos positivos y se puede utilizar para estudiar las poblaciones neuronales<em> In vitro</em> Y<em> In vivo</em>.

Abstract

Señalización de información en el sistema nervioso central de vertebrados se realiza a menudo por las poblaciones de neuronas en vez de las neuronas individuales. También propagación de la actividad suprathreshold spiking implica poblaciones de neuronas. Los estudios empíricos que abordan directamente la función cortical por lo tanto requieren las grabaciones de las poblaciones de neuronas con alta resolución. Aquí se describe un método óptico y un algoritmo de deconvolución para registrar la actividad neuronal de hasta 100 neuronas con resolución unicelular y único punta-. Este método se basa en la detección de los aumentos transitorios en la concentración intracelular de calcio somático asociado con picos suprathreshold eléctricas (potenciales de acción) en las neuronas corticales. Alta resolución temporal de las grabaciones ópticas se consigue mediante una técnica de escaneo rápido de acceso aleatorio utilizando deflectores acústico-ópticos (ordenadores delegados) ^1. Excitación de dos fotones de los resultados sensible al calcio de tinte en una alta resolución espacial en tis cerebrales opacosdemandar ^2. Reconstrucción de los picos de las grabaciones de fluorescencia de calcio se consigue mediante un método de máxima probabilidad. Simultáneas registros electrofisiológicos y óptica indican que nuestro método detecta de forma fiable espigas (> 97% de eficiencia de detección de pico), tiene una baja tasa de detección de falsos positivos espiga (<0,003 espigas / s), y una alta precisión temporal (aproximadamente 3 ms) ^3. Este método óptico de detección de pico puede utilizarse para registrar la actividad neuronal in vitro y en animales anestesiados in vivo ^3,4.

Protocol

1. Configuración óptica (Figura 1) Para dos fotones de excitación un sistema de infrarrojos láser pulsado con pulsos de femtosegundos se utiliza. Un láser de potencia de salida alta (en algunos casos> 2W en longitud de onda nm 890) es necesaria para compensar las grandes pérdidas introducidas por los componentes ópticos del sistema. Un sistema prechirper que consta de dos prismas imparte una dispersión grupo velocidad negativa (EVI) en los pulsos de láser antes de los deflectores acústi…

Discussion

Dithered azar escaneado en acceso indirecto detecta actividad suprathreshold adición de los incrementos en el calcio intracelular somático asociado con cada aumento en una somata neurona. Los incrementos en el calcio intracelular se detecta por los colorantes de calcio fluorescentes. Las limitaciones de interpolado de acceso aleatorio escaneado surgen en gran medida de la de la limitada señal-a-ruido de las señales de fluorescencia de calcio. La relación de señal-a-ruido es a su vez limitada por fotodaño, que no …

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