Transmissionsfotometri til samtidig optogenetisk stimulering og flerfarvet neuronal aktivitetsregistrering

En ny publikation fra Opto-Electronic Advances diskuterer fuld-fiber transmissionsfotometri til samtidig optogenetisk stimulering og multi-farve neuronal aktivitet registrering.

At forstå hjernens struktur og funktion er den mest udfordrende videnskabelige grænse i det 21. århundrede, da flere og flere lande deltager i hjerneinitiativet. Neuronen er de grundlæggende strukturelle og funktionelle enheder i nervesystemet, og deres aktivitetstilstand er tæt forbundet med hjernens fysiologiske funktioner. Disse neuroner er forbundet med synapser for at udføre en specifik funktion, som danner neurale kredsløb og derefter danner storskala hjernenetværk yderligere. I hjernevidenskabelig forskning er manipulation og realtidsovervågning af aktiviteten af ​​celletypespecifik neuron effektivt med lav skade og høj spatiotemporal opløsning under dyreadfærd fundamentalt arbejde for at udforske den funktionelle forbindelse, informationstransmission og fysiologiske funktioner af neurale kredsløb in vivo , også grundlaget for forskning og behandling af hjernesygdomme.

I den nuværende undersøgelse af neurale kredsløb er det nødvendigt at manipulere og overvåge neuronernes aktivitet for at udforske årsagsundersøgelserne af neurale kredsløb og adfærdsfunktion. Elektrofysiologisk registrering og optisk detektion er de vigtigste metoder til at overvåge neuronernes aktiviteter, mens manipulation af neuronal aktivitet generelt opnås ved optogenetik. Tidligere teknikker eller systemer til optogenetisk manipulation eller overvågning af neuronal aktivitet hos dyr, der opfører sig, er dog for det meste adskilt og fungerer uafhængigt. For at undersøge neuronale aktiviteter og adfærdsfunktion i neurale kredsløb og feedback-reaktionerne ved optogenetisk manipulation, er det vigtigt at kombinere manipulations- og overvågningsteknologier.

Fiberfotometri er blevet mere og mere populær blandt neurovidenskabsmænd som et praktisk værktøj til registrering af genetisk definerede neuronale populationer i opførende dyr. Hjernen eksisterer forskellige neuroner, som kan overføre information via synaptiske forbindelser eller neurotransmittere. Evnen til optogenetisk at manipulere og flerfarvemonitore neuronal aktivitet eller neurotransmitteraktivitet med celletypespecificitet er uundværlig for neurovidenskabsfolk til at studere neurale kredsløb i dyr, der opfører sig. Det er dog ret udfordrende at kombinere multi-farve optagelse med optogenetik. Da excitationsspektret for de almindeligt anvendte opsin-sensorer er tæt på emissionsspektret for de GFP-baserede og RFP-baserede GEFI'er og i betragtning af, at det er ret udfordrende fuldstændigt at bortfiltrere optogenetisk stimuleringslys med milliwatt, er åbenlyse artefakter fra optogenetisk stimulering. uundgåelig i et svagt (pico watt) fluorescerende signal under optagelse. Derfor understøtter de traditionelle optiske metoder kun overvågningen af ​​én type neuronal aktivitet, når der anvendes optogenetisk manipulation på nuværende tidspunkt.

Forfatterne af dette papir rapporterer et fotometrisystem med fuld fibertransmission til samtidig optogenetisk manipulation og flerfarvet registrering af neuronale aktiviteter og neurotransmitterens frigivelse i et frit bevægende dyr. De demonstrerede for det første vellykket dobbeltfarvet optagelse af neuronal Ca ²⁺ signaler og dopamindynamik i NAc'en ved levering af en uventet belønning og det samtidige optogenetiske input fra den opstrøms ventrale tegmentale region, som eksisterer betydelige forskelle i tidsforløbet for belønning eller responsintensitet for optogenetisk input.

Ved at bruge et specialdesignet flergrenet fiberbundt kan systemet bekvemt levere alt det nødvendige lys ved hjælp af optiske fibre, hvilket gør systemet mere robust til brug i frit opførende eksperimentelle sammenhænge og tofarveoptagelser. Dette system har en mere fremragende lystransmissionsydelse end det traditionelle epi-fluorescenssystem. Desuden var der ingen væsentlig kanalkrydstale eller stimuleringsartefakter til samtidig flerfarvet optagelse af neuronal Ca ²⁺ signaler og neurotransmitterdynamik og præcise optogenetiske manipulationer i frit bevægende dyr. + Udforsk yderligere

Bedre forståelse af kommunikation mellem neuroner i hjernen