Tvåfotonkalciumavbildning av framhjärnans aktivitet hos vuxna zebrafiskar som beter sig

Kalciumfluorescensavbildning med genetiskt kodade indikatorer eller syntetiska färgämnen har varit en kraftfull metod för att mäta neuronal aktivitet hos djur som beter sig, inklusive icke-mänskliga primater, gnagare, fåglar och insekter¹. Aktiviteten hos hundratals celler, upp till cirka 800 μm under hjärnans yta, kan mätas samtidigt med hjälp av multifotonavbildning ^2,3. Aktiviteten hos specifika celltyper kan också mätas genom att uttrycka kalciumindikatorer i genetiskt definierade neuronala populationer. Tillämpning av avbildningsmetoden för modeller av små ryggradsdjur öppnar nya möjligheter inom neuronala beräkningar över hjärnregioner.

Zebrafiskar är ett mycket använt modellsystem inom neurovetenskaplig forskning. Zebrafisklarver cirka 6 dagar efter befruktning har använts för kalciumavbildning på grund av deras miniatyrhjärna och genomskinliga kropp⁴. Juvenila zebrafiskar (3-4 veckor gamla) används också för att studera de neurala mekanismer som ligger till grund för sensomotoriska banor ^5,6. Den maximala prestationsnivån för komplexa beteenden, inklusive associativ inlärning och sociala beteenden, uppnås dock vid en högre ålder^{på 7,8} år. Därför krävs ett tillförlitligt protokoll för att studera flera kognitiva funktioner i hjärnan hos vuxna zebrafiskar med hjälp av avbildningsmetoder. Medan zebrafisklarver och unga zebrafiskar kan bäddas in i agaros för in vivo-avbildning, lider vuxna zebrafiskar vid 2 månader eller äldre av hypoxi under sådana förhållanden och är fysiskt för starka för att hållas tillbaka av agaros. Därför krävs ett kirurgiskt ingrepp för att stabilisera hjärnan och göra det möjligt för djuret att andas fritt genom gälarna.

Här beskriver vi ett nackstödsprotokoll som innebär en ny design av en enda huvudbåge. Den förkortade operationstiden på 25 minuter är dubbelt så snabb som den tidigare metoden⁹. Vi beskriver också utformningen av inspelningskammaren (semi-sexkantig tank), huvudsteget och en snabblåsmekanism för att kombinera de två delarna⁹. Slutligen beskrivs också upplägget för att presentera en uppslukande visuell stimulans för att studera visuellt utlöst hjärnaktivitet och beteenden. Sammantaget kan de procedurer som beskrivs här användas för att utföra tvåfotonkalciumavbildning i genetiskt definierade cellpopulationer i en vuxen zebrafisk med fastspända huvud, vilket möjliggör undersökning av hjärnaktiviteter under olika beteendeparadigm.