Optische Aufnahme überschwellige neuronale Aktivität mit Single-Cell-und Single-Spike Auflösung
Summary
Das Verständnis der Funktion des zentralen Nervensystems in Wirbeltieren erfordert Aufnahmen aus, weil viele Neuronen kortikale Funktion entsteht auf der Ebene der Populationen von Neuronen. Hier haben wir ein optisches Verfahren zur überschwelligen neuronale Aktivität mit Single-Cell-und Single-Spike Auflösung aufzeichnen beschreiben, gedithert Random-Access-Scans. Diese Methode records somatischen Fluoreszenz-Calcium-Signale von bis zu 100 Neuronen mit hoher zeitlicher Auflösung. Ein Maximum-Likelihood-Algorithmus deconvolves die darunterliegende überschwellige neuronale Aktivität von den somatischen Fluoreszenz Calcium Signale. Diese Methode erkennt zuverlässig Spikes mit hohen Erkennungsraten Wirkungsgrad und eine geringe Rate der False Positives und kann verwendet werden, um neuronale Populationen zu untersuchen<em> In vitro</em> Und<em> In vivo</em>.
Abstract
Signalisieren von Informationen in dem Vertebraten zentralen Nervensystems wird oft von Populationen von Neuronen statt einzelner Neuronen durchgeführt. Auch Ausbreitung überschwellige spiking Tätigkeit umfasst Populationen von Neuronen. Empirische Studien zu kortikalen Funktion direkt erfordern daher Aufnahmen von Populationen von Neuronen mit hoher Auflösung. Hier beschreiben wir ein optisches Verfahren und eine Entfaltungs-Algorithmus auf neurale Aktivität von bis zu 100 Neuronen mit Single-Cell-und Single-Spike-Auflösung aufzeichnen. Diese Methode beruht auf dem Nachweis der transienten Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration somatischen mit überschwelligen elektrischen Spitzen (Aktionspotentiale) in kortikalen Neuronen verbunden. Hohe zeitliche Auflösung der optischen Aufnahmen wird durch eine schnelle Random-Access-Scanning-Technik mit akusto-optische Deflektoren (bevollmächtigten Anweisungsbefugten) 1 erreicht. Zwei-Photonen-Anregung der Calcium-sensitiven Farbstoff Ergebnisse in hoher räumlicher Auflösung in undurchsichtigen Gehirn tisSue 2. Rekonstruktion der Spitzen von den Fluoreszenz-Calcium-Aufnahmen durch eine Maximum-Likelihood-Methode erreicht. Simultane elektrophysiologische und optische Aufnahmen zeigen, dass unsere Methode zuverlässig erkennt Spikes (> 97% Spike Detektionseffizienz) weist eine geringe Rate an falsch positiven Spitzen-Detektionssignals (<0,003 Spikes / s) und einer hohen zeitlichen Genauigkeit (etwa 3 ms) 3. Diese optische Methode der Spitzen-Detektionssignals können verwendet werden, um neuronale Aktivität in vitro und in vivo in narkotisierten Tieren 3,4 aufzuzeichnen.
Protocol
Discussion
Dithered Random-Access-Scans indirekt erkennt überschwellige Spiking-Aktivität aus dem Anstieg der intrazellulären Calcium-somatischen mit jedem Spike in einem Neuron Somata verbunden. Der Anstieg der intrazellulären Calcium durch fluoreszierende Kalzium Farbstoffe nachgewiesen. Die Grenzen der geditherten Random-Access-Überprüfung ergeben weitgehend aus der begrenzten Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Calcium Fluoreszenzsignalen. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird wiederum durch Lichtschäden, die es nicht erla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Dr. Randy Chitwood für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Diese Arbeit wurde von der Whitehall-Stiftung und der Alfred P. Sloan Foundation Zuschüsse für HJK unterstützt.
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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