بصري تسجيل النشاط العصبي للقرار suprathreshold وحيدة الخلية واحد مسمار-
Summary
فهم وظيفة النظام العصبي المركزي الفقاريات يتطلب من الخلايا العصبية تسجيلات عديدة بسبب الوظيفة القشرية تنشأ على مستوى السكان من الخلايا العصبية. مخلوطة الوصول العشوائي المسح نحن هنا وصف أسلوب بصري لتسجيل النشاط العصبي للقرار suprathreshold وحيدة الخلية واحد مسمار،. هذه الطريقة السجلات الكالسيوم مضان إشارات جسدية من الخلايا العصبية تصل إلى 100 الزمنية للقرار عالية. خوارزمية الاحتمالات القصوى deconvolves النشاط العصبي الأساسي suprathreshold من الكالسيوم إشارات جسدية مضان. هذا الأسلوب يكشف موثوق المسامير مع كفاءة عالية والكشف عن انخفاض معدل من ايجابيات كاذبة، ويمكن استخدامها لدراسة السكان العصبية<em> في المختبر</em> و<em> في الجسم الحي</em>.
Abstract
وعادة ما تجرى إشارة المعلومات في النظام العصبي المركزي من الفقاريات السكان من الخلايا العصبية بدلا من الخلايا العصبية الفردية. كما نشر النشاط التشويك suprathreshold ينطوي السكان من الخلايا العصبية. الدراسات التجريبية معالجة ظيفة القشرية مباشرة تتطلب بالتالي من التسجيلات السكان من الخلايا العصبية مع ارتفاع القرار. نحن هنا وصف أسلوب البصرية وخوارزمية deconvolution لتسجيل النشاط العصبي من الخلايا العصبية تصل إلى 100 مع القرار وحيدة الخلية واحد مسمار. هذه الطريقة تعتمد على الكشف عن الزيادات العابرة في داخل الخلايا الجسدية تركيز الكالسيوم المرتبطة طفرات suprathreshold الكهربائية (إمكانات العمل) في الخلايا العصبية القشرية. ويتحقق القرار الزمنية عالية من التسجيلات البصرية بواسطة تقنية مسح سريع الوصول العشوائي باستخدام صوتية البصرية انحراف (AODs) 1. ثنائي الفوتون الإثارة من نتائج الكالسيوم الحساسة للصبغة في القرار المكانية العالية في الدماغ تيس مبهمةمقاضاة 2. ويتحقق إعمار المسامير من التسجيلات الكالسيوم مضان بطريقة الاحتمالات القصوى. في وقت واحد التسجيلات الكهربية والضوئية لدينا تشير إلى أن طريقة موثوق يكشف المسامير (> 97٪ ارتفاع الكشف الكفاءة)، لديها انخفاض معدل كاذبة إيجابية الكشف عن ارتفاع (<0.003 المسامير / ثانية)، وعالية الدقة الزمنية (حوالي 3 مللي) 3. ويمكن استخدام هذه الطريقة البصرية لكشف ارتفاع لتسجيل النشاط العصبي في المختبر وعلى الحيوانات تخدير في الجسم الحي 3،4.
Protocol
Discussion
مخلوطة الوصول العشوائي المسح يكشف بشكل غير مباشر نشاط suprathreshold ارتفاعه من الزيادات في الكالسيوم داخل الخلايا الجسدية المرتبطة بكل ارتفاع في somata الخلايا العصبية. تم الكشف عن الزيادات في الكالسيوم داخل الخلايا بواسطة الأصباغ الفلورية الكالسيوم. القيود المفروضة على ا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر الدكتور راندي تشيتوود لقراءة نقدية للمخطوطة. وأيد هذا العمل من قبل مؤسسة وايت هول P. ألفريد سلون منح المؤسسة لHJK.
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).
