Tek hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip supratreshold nöral aktivitenin Optik kaydı
Summary
Kortikal nöronlarda işlev popülasyonlarının düzeyinde ortaya çıkar, çünkü omurgalı merkezi sinir sisteminin fonksiyon anlama çok nöronların kayıtları gerektirir. Burada tek hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip supratreshold nöral aktiviteyi kaydetmek için bir optik yöntem tarif, rasgele erişim tarama titrek. Kadar yüksek zamansal çözünürlüğe sahip 100 nöronlara Bu yöntem kayıtları somatik flüoresan kalsiyum sinyalleri. Maksimum-olabilirlik algoritması somatik flüoresan kalsiyum sinyallerinden yatan supratreshold nöral aktivitenin deconvolves. Bu yöntem, güvenilir, yüksek algılama verimliliği ve yanlış pozitif düşük bir oranı ile sivri algılar ve nöral popülasyonlar incelemek için kullanılabilir<em> In vitro</em> Ve<em> In vivo</em>.
Abstract
Omurgalı merkezi sinir sisteminde bilgi sinyal genellikle nöronlar ziyade tek nöron popülasyonları tarafından taşınır. Ayrıca supratreshold çivileme aktivite yayılımı nöron popülasyonları içerir. Kortikal fonksiyon adresleme ampirik çalışmalar doğrudan böylece yüksek çözünürlüklü nöron popülasyonları kayıtları gerektirir. Burada optik bir yöntem ve tek-hücreli ve tek başak çözünürlüğe sahip 100 nöronlara gelen nöral aktiviteyi kaydetmek için bir ters evrişim algoritma tanımladık. Bu yöntem kortikal nöronlarda supratreshold elektrik sivri (aksiyon potansiyeli) ile ilişkili intraselüler somatik kalsiyum konsantrasyonunu geçici artışlar saptanması temeline dayanır. Optik kayıt yüksek zamansal çözünürlük akusto-optik deflektörler (AODs) 1 kullanarak hızlı bir rasgele erişimli tarama tekniği ile elde edilir. Opak beyin tis yüksek uzaysal çözünürlükte kalsiyum duyarlı boya sonuçları iki-foton uyarma2 dava. Flüoresan kalsiyum kayıtlarından sivri rekonstrüksiyonu, bir maksimum olabilirlik yöntemden biri ile elde edilmektedir. Eşzamanlı elektrofizyolojik ve optik kayıtlar bizim yöntem güvenilir kramponları (>% 97 başak algılama verimliliği) algılar olduğunu gösterir, yanlış pozitif başak algılama (<0.003 kramponları / s) ve yüksek temporal hassasiyetli (ms yaklaşık 3) 3 düşük bir orana sahiptir. Başak tespit optik Bu yöntem, in vitro ve in vivo 3,4 anestezi uygulanmış hayvanlarda sinirsel aktiviteyi kaydetmek için kullanılabilir.
Protocol
Discussion
Dithered rasgele erişim tarama dolaylı bir nöron somata her başak ile ilişkili intraselüler somatik kalsiyum artar supratreshold spike aktivitesini algılar. Intraselüler kalsiyum artar floresan kalsiyum boyalar ile tespit edilir. Titretilmiş rasgele erişim tarama sınırlamaları kalsiyum floresan sinyallerin sınırlı sinyal-gürültü oranı büyük ölçüde kaynaklanmaktadır. Sinyal-gürültü oranı yüksek uyarma oranları kullanılarak izin vermez fotoyaşlanma, sınırlı da bulunmaktadır. Çünkü …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz eleştirel yazının okunması için Dr Randy Chitwood ederim. Bu çalışma Whitehall Vakfı ve HJK için Alfred P. Sloan Vakfı hibe ile desteklendi.
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 |
References
- Iyer, V., Hoogland, T. M., Saggau, P. Fast functional imaging of single neurons using random-access multiphoton (RAMP) microscopy. J. Neurophysiol. 95, 535-545 (2006).
- Denk, W., Strickler, J. H., Webb, W. W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science. 248, 73 (1990).
- Ranganathan, G. N., Koester, H. J. Optical recording of neuronal spiking activity from unbiased populations of neurons with high spike detection efficiency and high temporal precision. J. Neurophysiol. 104, 1812-1824 (2010).
- Grewe, B. F., Langer, D., Kasper, H., Kampa, B. M., Helmchen, F. High-speed in vivo calcium imaging reveals neuronal network activity with near-millisecond precision. Nat. Methods. 7, 399-405 (2010).
- Stosiek, C., Garaschuk, O., Holthoff, K., Konnerth, A. In vivo two-photon calcium imaging of neuronal networks. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100, 7319-7324 (2003).
- Pita-Almenar, J. D., Ranganathan, G. N., Koester, H. J. Impact of cortical plasticity on information signaled by populations of neurons in the cerebral cortex. J. Neurophysiol. 106, 1118-1124 (2011).
- Kerr, J. N., Greenberg, D., Helmchen, F. Imaging input and output of neocortical networks in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 14063-14068 (2005).
- Lin, B. J., Chen, T. W., Schild, D. Cell type-specific relationships between spiking and [Ca2+]i in neurons of the Xenopus tadpole olfactory bulb. J. Physiol. 582, 163-175 (2007).
- Zeng, S., Lv, X., Zhan, C., Chen, W. R. Simultaneous compensation for spatial and temporal dispersion of acousto-optical deflectors for two-dimensional scanning with a single prism. Opt. Lett. 31, 1091-1093 (2006).
- Otsu, Y., Bormuth, V., Wong, J., Mathieu, B. Optical monitoring of neuronal activity at high frame rate with a digital random-access multiphoton (RAMP) microscope. J. Neurosci. Methods. 173, 259-270 (2008).
- Vogelstein, J. T., Watson, B. O., Packer, A. M., Yuste, R. Spike inference from calcium imaging using sequential Monte Carlo methods. Biophys. J. 97, 636-655 (2009).
- Yaksi, E., Friedrich, R. W. Reconstruction of firing rate changes across neuronal populations by temporally deconvolved Ca2+ imaging. Nat. Methods. 3, 377-383 (2006).
- Hendel, T., Mank, M., Schnell, B., Griesbeck, O. Fluorescence changes of genetic calcium indicators and OGB-1 correlated with neural activity and calcium in vivo and in vitro. J. Neurosci. 28, 7399-7411 (2008).
- Ranganathan, G. N., Koester, H. J. Correlations decrease with propagation of spiking activity in the mouse barrel cortex. Front Neural Circuits. 5, 8 (2011).
