في الجسم الحي Optogenetic تحفيز الجهاز العصبي المركزي القوارض
Summary
Optogenetics has become a powerful tool for use in behavioral neuroscience experiments. This protocol offers a step-by-step guide to the design and set-up of laser systems, and provides a full protocol for carrying out multiple and simultaneous in vivo optogenetic stimulations compatible with most rodent behavioral testing paradigms.
Abstract
The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution has been a long sought tool for neuroscientists in the systems-level search for the neural circuitry governing complex behavioral states. Optogenetics is a cutting-edge tool that is revolutionizing the field of neuroscience and represents one of the first systematic approaches to enable causal testing regarding the relation between neural signaling events and behavior. By combining optical and genetic approaches, neural signaling can be bi-directionally controlled through expression of light-sensitive ion channels (opsins) in mammalian cells. The current protocol describes delivery of specific wavelengths of light to opsin-expressing cells in deep brain structures of awake, freely-moving rodents for neural circuit modulation. Theoretical principles of light transmission as an experimental consideration are discussed in the context of performing in vivo optogenetic stimulation. The protocol details the design and construction of both simple and complex laser configurations and describes tethering strategies to permit simultaneous stimulation of multiple animals for high-throughput behavioral testing.
Introduction
علم البصريات الوراثي قد أحدثت ثورة على مستوى النظم علم الأعصاب في بحثها عن عناصر الدارة العصبية المحركة الدول السلوكية الطبيعية والأمراض ذات الصلة. قدم اكتشاف أن opsins الميكروبية حساسة للضوء 1 يمكن التعبير عن وظيفيا في خلايا الثدييات منصة لاستخدام الضوء لسيطرة غير مسبوقة من النشاط العصبي مع درجة عالية من الدقة المكانية والزمانية 2. على عكس النهج الكهربية أو الدوائية التقليدية إلى التلاعب في النشاط العصبي، علم البصريات الوراثي يسمح للتحكم في أنواع معينة من الخلايا (على أساس وراثي أو تحديد المكاني الإسقاط) ضمن السكان غير متجانسة وعلى فترات زمنية ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية. قدم مقدمة لاحق من واجهة العصبية البصرية أداة عملية لإيصال الضوء إلى تتصرف الحيوانات 3. وقد سمح هذا في الوقت الحقيقي للتعديل الدوائر العصبية المحددة في القوارض التصرف مستيقظا من أجل اختبار سببيا لدور هذه الدوائر العصبية في الحكم من الدول السلوكية ذات الصلة للأمراض العصبية والنفسية 4-6. علم البصريات الوراثي، وبالتالي، يمثل أداة قوية لتقديم داخل أي مختبر مهتمة في التحقيق في العلاقة الوظيفية بين نشاط الدماغ والتدابير السلوكية أو الفسيولوجية في النماذج الحيوانية.
تصميم ناجح والانتهاء من تجربة optogenetic ينطوي على الخطوات والاعتبارات المختلفة (انظر الشكل 1). والهدف من هذا البروتوكول الحالي هو تزويد الأفراد بالأدوات والمكونات، جنبا إلى جنب مع المعرفة النظرية والعملية، اللازمة لأداء التحفيز optogenetic في القوارض التصرف مستيقظا. حاليا، هناك نوعان من نطاقات الطول الموجي السائدة المستخدمة لتنشيط قنوات أوبسين الميكروبية: في أطياف الأزرق (عادة 473 نانومتر) والأخضر والأصفر الأطياف (عادة 532 أو 591 نانومتر). كل من الليزر والتي ينبعث منها ضوء الثنائيات (المصابيح) ويمكن استخدام مصادر الضوء لدeliver موجات محددة من الضوء لأنسجة المخ. ضوء غير متماسك المنبعث من المصابيح، ومع ذلك، يجعل انتقال الفعال للضوء صعوبة عندما اقتران في الألياف الأساسية الصغيرة اللازمة لفي الجسم الحي القوارض التحفيز. البت في التجمع الليزر المناسب هو الخطوة الأولى الحاسمة وسوف تعتمد على الاستخدام المقصود من علم البصريات الوراثي في المختبر. يصف البروتوكول الحالي طرازين الأساسية التي تختلف في سهولة بهم التجمع والاستخدام: الليزر إلى جانب ما قبل واحد وأنظمة ليزر مزدوج (انظر الشكل 2). أنظمة ليزر واحدة أن تقترن مسبقا من قبل الشركة المصنعة جاهزة للذهاب أساسا لدى وصوله مع قليل من دون مجموعة المتابعة المطلوبة ولكن لديها عيب الحد الأدنى من التخصيص للمستخدم النهائي. وهناك نظام ليزر مزدوج يتيح تسليم اثنين من أطوال موجية مختلفة أسفل نفس الألياف. هذا وسوف تصبح ذات أهمية متزايدة مع ظهور علم البصريات الوراثي اندماجي حيث يمكن أن تستخدم أطوال موجية مختلفة لتفعيل / تمنع distincأنواع الخلايا التائية التي هي مكانيا شارك المترجمة. وهذا أمر ضروري للاستخدام مع ثنائية مستقرة opsins وظيفة الخطوة حيث يتم البدء photocurrents وإنهاء بواسطة الضوء الأزرق والأصفر، على التوالي 7،8 أيضا. أنظمة ليزر المزدوجة هي أيضا قابلة للتخصيص كما يمكن للمستخدم إضافة أو إزالة مكونات (على سبيل المثال، مصاريع الخارجية، والمرشحات شعاع، لقياس الطاقة مضمنة) من مسار الشعاع كما هو مطلوب. نظرا لتنوعها، فمن المستحسن ليزر مزدوج انشاء إذا علم البصريات الوراثي سيكون أداة استمرار المستخدمة في المختبر. اقتران من الليزر، ومع ذلك، يمكن أن يمثل تحديا وحتى يتم توفير آلية اقتران سريعة وسهلة، ويمكن الاعتماد عليها في هذا البروتوكول. ملاحظة، هذا البروتوكول تفاصيل تجميع المكونات البصرية ويستخدم التصحيح بالحبال والمكونات التي هي الأمثل للألياف خطوة مؤشر المتعدد مع 200 ميكرون الأساسية والفتحة العددية (NA) من 0.22. أحجام الأساسية المختلفة وNA متاحة للشراء، ولكن جميع مكونات يجب أن تتطابق بشكل مثالي من حيث الأساسيةحجم وNA لتجنب فقدان الخفيفة في نقاط اتصال الألياف. بدلا من ذلك، في اتصال الألياف، يمكن أن الضوء يمر من أصغر إلى حجم الأساسية أكبر؛ و / أو من-NA السفلي إلى أعلى-NA الألياف دون خسارة إضافية.
وتقدم استراتيجيات الربط التي تسمح لتحفيز وقت واحد من الفئران متعددة للالإنتاجية العالية اختبار السلوكي. تفترض البروتوكولات المقدمة استخدام الألياف القابلة للزرع المزمنة للاختبار السلوكي ولكن يمكن تعديلها لبروتوكولات التحفيز الحادة. الألياف مزروع تماما هي مفيدة للجمع بين تحفيز optogenetic مع التلاعب الدوائية، منذ نفس قنية يمكن أن تستخدم لتوصيل الأدوية وغيض من الألياف البصرية إلى نفس الموقع. و، ومع ذلك، ينصح بشدة استخدام الألياف مزروع مزمنة لعدة أيام الاختبارات السلوكية كما أنه يقلل من تلف الأنسجة المرتبطة الإدراج المتكررة وإزالة الألياف ويزيد من دقة من حيث وضع ثابت من الألياف لالإضاءة الأنسجة 3. عندما يقترن مع تكوينات الربط الموصوفة هنا، يمكن تسجيل السلوك موثوق عبر أيام متعددة. أشهر وبالفعل، تم الإبلاغ عن انتقال الضوء يمكن الاعتماد عليها بعد الألياف زرع 9 بحيث التحفيز المزمن ونماذج الاختبارات السلوكية يمكن، نظريا، أن تنفذ عبر الأيام والأسابيع متعددة. تم إضافة ملاحظات إضافية على مكونات الأجهزة إلى بروتوكول للسماح للاختيار القارئ في أفضل المنتجات التي تناسب احتياجاتهم الفردية، بما في ذلك بدائل فعالة من حيث التكلفة والمنتجات التي يمكن أن يتم في المنزل. وتقدم أيضا النصائح الهامة التي هي مفيدة أثناء الإعداد والتنفيذ.
Protocol
Representative Results
Discussion
الليزر وصفت مجموعة عمليات الحالية واستراتيجيات الربط متوافقة مع مجموعة واسعة من الاختبارات السلوكية القوارض. في الواقع، لقد تم استخدام مجموعة متنوعة من الاختبارات السلوكية التالية، أو المصاحبة، في الجسم الحي تحفيز optogenetic التي تشمل المهام الانفعالية السلوكية، تكييف السلوك والتعلم ونماذج الذاكرة، والنوم، والإثارة، والمهام مشهي على سبيل المثال لا الحصر (انظر نيه وآخرون. 6 لإجراء استعراض شامل). لقد تغير علم البصريات الوراثي ويمكن الآن الطريقة التي يتم بها إجراء الاختبارات السلوكية التقليدية في ذلك دراسات متعددة لمدة يوم وتكون مختصرة في جلسة واحدة حيث يتم مقارنة السلوك، داخل المواضيع، خلال حقب متميزة من الضوء 'على' مقابل 'قبالة "5. وتجدر الإشارة، أجهزة السلوكية التي تحتوي على المداخل، أغلقت مقصورات أو أي عوائق أخرى قد يكون من الضروري تعديلها لاستيعاب مرور الألياف المربوطة.
ووصف استراتيجيات الربط تصريح سيالتحفيز multaneous من الفئران متعددة من ليزر واحد. وبالتالي لا يمكن أن يتحقق عالية الإنتاجية الاختبار السلوكي optogenetic من خلال استخدام أشعة الليزر متعددة ومعدات الاختبار. عدد الحيوانات التي يمكن حفز في وقت واحد، ومع ذلك، سوف تكون محدودة بسبب أقصى قدر من السلطة الخفيفة التي يمكن تحقيقها في كل غيض من الألياف. انتاج الطاقة القصوى في غيض من الألياف يعتمد على 1) السلطة بدءا من الليزر. 2) كفاءة اقتران و3) عدد من الانشقاقات شعاع. ليزر أزرق 100 ميغاواط مع ~ 80٪ كفاءة اقتران وتصل إلى 4 انشقاقات شعاع (كما هو مبين في الشكل 4C)، متوسط القوة في غيض من الألياف يمكن أن تتراوح بين 5-10 ميغاواط عند استخدام 200 ميكرون الأساسية، 0.22 NA حبال من الألياف التصحيح (ملحوظة تتوقع خسارة الإرسال من مفاصل دوارة لتكون <15٪). قياس ناتج الضوء على غيض من الألياف أمر ضروري لتحديد قوة الضوء الكافية لتفعيل أوبسين كما تختلف opsins في حساسيتها للضوء، وبالتالي فإن كثافة الطاقة الضوئية (ميغاواط/ مم 2) المطلوبة لتفعيل 11. على سبيل المثال، ومستقرة خطوة وظيفة أوبسين (SSFO) بمثابة تراكم الفوتون، وبالتالي يتطلب القليل جدا من كثافة الطاقة الخفيفة لتفعيل (<8 μW / مم 2) 8. قارن هذا إلى رودوبسين قناة التقليدية (ChR2) الذي يتطلب حدا أدنى من 1 ميغاواط / مم 2 للضوء لانتزاع امكانات العمل 2. ويرد الجدول 1 كمرجع سريع لirradiances ضوء الحد الأدنى المعروف المطلوبة لتفعيل opsins الأكثر شيوعا حاليا في استخدام. وأخيرا، يجب على المرء أن نعتبر أن يفرق الضوء ويمتص لأنها تنتقل من خلال أنسجة المخ مثل ما هو مطلوب مزيد من السلطة الخفيفة لهياكل الدماغ أكثر عمقا 3. مورد مفيد على الانترنت هو متاح في http://www.stanford.edu/group/dlab/cgi-bin/graph/chart.php التي سوف حساب شدة الضوء في أعماق مختلفة من خلال أنسجة المخ مع الأخذ فيحساب حجم الألياف الأساسية، والفتحة العددية، والطول الموجي للضوء المستخدمة، وانطلاق القوة ضوء في غيض من الألياف. لمحة عامة ممتازة من المبادئ النظرية الكامنة وراء هذه الحسابات، انظر Foutz وآخرون. (2012) 12. وأظهر الأمثلة على كيفية تطبيق هذه المبادئ والعمليات الحسابية لتصميم تجريبي في Aravanis وآخرون (2007) (3) وTYE وآخرون (2012) 13. أداء هذه الحسابات قبل بداية التجربة أمر بالغ الأهمية لضمان الإشعاع الضوء الكافي لتفعيل أوبسين. ونظرا لهذه الاعتبارات، فإنه من المفيد لشراء أجهزة الليزر التي تعمل بالطاقة أعلى لضمان انتاج الطاقة الكافية. ليزر مع انتاج الطاقة بين 100-200 ميغاواط تكفي عادة للتعويض عن الألياف الأساسية الصغيرة، والألياف متعددة تقسيم، واقتران عدم الكفاءة ويفقد نقل 7. إذا باستخدام الليزر عالية الطاقة، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب الضرر العصبي أو الحرارة وخفيفة الزميلةالتحف د التي يمكن أن تحدث مع طويلة و / أو عالية تعمل بالطاقة ضوء إضاءة (7). وهناك مجموعة وآمن للتجارب في الجسم الحي هو ما يصل الى 75 ميغاواط / مم 2. 14
يمكن البت في نوع من الليزر لشراء تكون مسألة معقدة كما أن هناك العديد من العوامل في الاعتبار. على سبيل المثال، وأشعة الليزر الصمام الثنائي المباشرة توفر الانتاج نابض أكثر استقرارا وقابلة للتكرار من القيام الحالة الصلبة (DPSS) الليزر الصمام الثنائي ضخ، وأكثر موثوقية مع مرور الوقت في بيئة معملية. في بعض الحالات، ومع ذلك، وأشعة الليزر الصمام الثنائي المباشرة قد تنبعث قوة ضوء انخفاض، ~ 0.1 ميغاواط، حتى عندما يكون الجهد الأمر 0 V بسبب التحيز الحالي مستمر إرسالها إلى الصمام الثنائي التي كتبها الالكترونيات السيطرة الليزر. هذه الانبعاثات "عفوية" لديه طيف أوسع من يفعل انبعاث الليزر من نفس الليزر، لذلك يمكن تخفيض على وجه التحديد عن طريق تثبيت ضيق الفرقة تمرير (أو "تنظيف") فلتر بين الليزر ومقرنة (انظر قائمة أجزاء). سيكون هذا المرشح أيضاتقليل انتاج الطاقة التي كتبها ~ 50٪ عند إحلال ل، وحتى شراء ليزر أعلى بالطاقة وفقا لذلك. وتجدر الإشارة إلى أن أشعة الليزر DPSS الصفراء حساسة للغاية ويمكن أن تتصرف بطريقة متقطعة، وقد خفضت عمر إذا التضمين بسرعة عن طريق مولد النبض. وينبغي أن يتم تعديل الصفراء قوة الليزر من خلال الخارجية عجلات مرشح الكثافة وضعها في مسار الشعاع (القسم 1.7)، في حين تعمل الليزر في TTL + واسطة. بدلا من ذلك، شراء الأخضر 532 نانومتر DPSS الليزر هو بديل فعالة من حيث التكلفة التي يمكن أن بتنشيط كل halorhodopsins وarchaerhodopsins.
الفتحة العددية (NA) من الألياف مهمة في الاعتبار عند تصميم وشراء مكونات الألياف لتجميع الليزر انشاء. وNA من الألياف البصرية يحدد زوايا أشعة الضوء التي يمكن أن تكون مقبولة والمنبعثة في غيض من الألياف. إذا تزاوج الألياف أعلى-NA إلى الألياف أقل-NA، سوف تحدث خسائر كبيرة في تلك الواجهة، ولذلك فمن المهم أن تكون واي ثابت ال الألياف NA ضمن الإعداد واحد (أو لضمان أن NA يزيد على طول مسار الضوء). تأثير الألياف NA على حجم أنسجة المخ مضيئة أقل أهمية، لأن أنسجة المخ هي نثر للغاية، ومنذ ضوء جانب من مصدر الليزر سوف تميل إلى 'underfill "الفائقة NA الألياف. وتستخدم الألياف البصرية ولكن مع NA من 0.22 و0.37 شائع. وبالمثل، اقتران من النواة أكبر إلى الألياف النواة أصغر سوف يؤدي أيضا إلى خسائر كبيرة، لذلك دائما تأكد من استخدام زيادة أو تساوي أقطار الأساسية عندما تتقدم من مصدر الليزر لزرع حيوان. على مذكرة عامة، ينبغي دائما أن توج نهايات الألياف عندما لا تكون قيد الاستعمال لمنع الغبار والجسيمات تراكم. انها فكرة جيدة لبانتظام نهايات الألياف نظيفة والموصلات (70٪ ايزوبروبيل يعمل بشكل جيد) لضمان أقصى انتاج الطاقة ضوء، واختبار انتاج الطاقة الضوء من خلال "زرع وهمية" قبل البدء في تجارب كل يوم.
"> وخلال الاختبارات السلوكية، لا بد من اتخاذ خطوات للسيطرة على آثار عدوى فيروسية، خارجي التعبير البروتين، الضوء المرئي، والآثار المحتملة التدفئة النسيج والتحف على سلوك الحيوان. لذلك، يجب أن تتكون المجموعة الضابطة السليمة للحيوانات transduced مع فيروس السيطرة (على سبيل المثال، GFP، EYFP، mCherry) التي تتلقى متطابقة المعلمات التحفيز الضوء. التحقق التجريبي هو الخطوة النهائية الحاسمة كما يتضح من البيانات السلوكية المستخدمة في التحليل تعتمد كليا على أوبسين السليم ووضع الألياف البصرية في المنطقة ذات الاهتمام وعلى وجه التحديد، في الحيوانات حيث يتم الكشف عن أي إشارة المناعى، أو حيث وضع إشارة أو الألياف ليس في المنطقة من الفائدة، ويجب إزالة البيانات ثم السلوكية لتلك الحيوانات من التجربة. وبالإضافة إلى ذلك، فمن الضروري لاختبار ناتج الضوء على غيض من الألياف سواء قبل الزرع الجراحي، ومرة أخرى بعد الوفاة لضمان قوة الضوء الكافية لتفعيل أوبسين. وفي أنيماليرة سورية حيث حدث خسارة ضوء شديدة من خلال الألياف بعد التجريب (> 30٪) 9، ينبغي النظر في البيانات لهذا الحيوان من أجل إزالة. وينبغي وضع معايير لإزالة بداهة. وأخيرا، لا بد من النظر في وتيرة النبض المطلوبة لتعديل اطلاق العصبية، والتي سوف تعتمد على بنية الدماغ والخلايا العصبية أنواع فرعية استهدافهم. توجد نشرت المعلمات optogenetic التحفيز الخفيفة لعدة أنواع فرعية العصبية، ومع ذلك، فإن القدرة على تعديل اطلاق العصبية ينبغي تأكيد مستقل في الجسم الحي أو من خلال شريحة الدماغ التسجيلات الكهربية.كما يصبح واحدا بارعون في استخدام الليزر وتعديل ليزر مجموعة عمليات، مزيج من أطوال موجية مختلفة يمكن المربوطة لألياف متعددة على حيوان واحد أو تسليمها أسفل نفس الألياف لعلم البصريات الوراثي اندماجي 8. سوف التحفيز متعدد الطول الموجي أصبحت ذات أهمية متزايدة نظرا للتطور السريع للأحمر التحولإد channelrhodopsins 8، هندسة opsins hyperpolarizing الأزرق تحول 15، واستخدام ثنائي وضع الاستقرار opsins خطوة وظيفة 8،16،17، وقائمة توسيع العامة للopsins مع تفعيل متميزة الأطياف 11. وهذا التوسع في الأدوات optogenetic تسمح لسيطرة غير مسبوقة من عدة أنواع فرعية العصبية داخل وعبر مناطق الدماغ على حد سواء لتحديد دورهم في حكم الدول السلوكية المعقدة.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
These studies were funded by grants received from the NIH (MH082876, DA023988).
Materials
| 1. Laser Set-up | ||||
| Name of Equipment | Company | Quantity | Catalog Number | Comments |
| 100mW 473nm or 488nm Diode Laser System , <2% Stability | Omicron | 1 | Luxx/Phoxx 473/488-100 | Optional accessory includes a remote control box with key switch and LED Display |
| 100mW 594nm DPSS laser | Colbolt | 1 | 0594-04-01-0100-300 | 04-01 series yellow laser; sensitive to back-reflection from fibers |
| 200mW 532nm DPSS laser; 5% power stability | Shanghai Lasers | 1 | GL532T3-200 | Cost-effective alternative to yellow DPSS laser for activation of halorhodopsins and archaerhodopsins |
| Non-contact style laser to multimode fiber coupler | OZ Optics | 1 | HPUC-23-400/700-M-20AC-11 | For use with dual laser set-up; Specs: 33mm OD for 400-700nm; FC receptacle, f=20mm lens with post mount laser head adapter #11 |
| Aluminum breadboard, 12" x 18" x 1/2", 1/4"-20 Threaded | Thorlabs | 1 | MB1213 | For dual laser system |
| Aluminum breadboard, 10" x 12" x 1/2". 1/4"-20 Threaded | Thorlabs | 1 | MB1012 | For single laser system |
| Aluminum breadboard, 4" x 6" x 1/2", 1/4"-20 Threaded | Thorlabs | 2 | MB4 | For blue laser; dual laser system |
| Compact variable height clamp, 1/4"-20 Tapped | Thorlabs | 4 | CL3 | |
| 3/4" stainless post | Thorlabs | 1 | TR075 | |
| 1" stainless post | Thorlabs | 4 | TR1 | |
| Post holder with spring-loaded hex-locking thumbscrew | Thorlabs | 2 | PH1 | |
| Pedestal Base Adapter | Thorlabs | 3 | BE1 | |
| Small Clamping Fork | Thorlabs | 3 | CF125 | |
| Kinematic mount for 1" optics with visible laser quality mirror | Thorlabs | 3 | KM100-E02 | |
| Neutral filter density wheel | Thorlabs | 1 | NDC-50C-2M | |
| 1" Longpass dichroic mirror 50% | Thorlabs | 1 | DMLP505 | |
| Kinematic mount for 1" optics | Thorlabs | 1 | KM100 | For dichroic mirror |
| 20-piece hex wrench kit with stand | Thorlabs | 1 | TC2 | |
| 1/4"-20 cap screw and hardware kit | Thorlabs | 1 | HW-KIT2 | |
| Mounting base 1" x 2.3"x3/8" | Thorlabs | 1 | BA1S | |
| FC/PC to FC/PC L-Bracket mating sleeve | Thorlabs | 2 | ADAFCB1 | Dual FC/PC L-bracket also available |
| Breadboard lifting handles | Thorlabs | 3 | BBH1 | |
| Ø1" Bandpass Filter, CWL = 450 ± 2 nm, FWHM = 10 ± 2 nm | Thorlabs | 1 | FB450-10 | For use with diode lasers that spontaneously emit |
| 2. Laser Coupling | ||||
| Name of Equipment | Company | Quantity | Catalog Number | Comments |
| ! Laser protective eyewear | Various | One for every user at each wavelength | ! Consult with laser provider to ensure proper selection of eyewear that will provide maximal light attenuation for the purchased laser | |
| Fiber optic cable tester | Eclipse | 1 | 902-186N | |
| One-step fiber connector cleaner | Thorlabs | 1 | FBC1 | |
| Coupler patch cord (0.75 meter) | Thorlabs | 1 | 0.75m 200um core, 0.22NA, FC/PC connectors multimode fibers | For dual laser system |
| Coupler patch cord (0.5 meter) | Thorlabs | 1 | 0.5m 200um core, 0.22NA, FC/PC connectors, multimode | For single laser system |
| Doric mini cube | DORIC | 2 | DMC_1x2_FC-2FC | |
| Compact power and energy meter console | Thorlabs | 1 | PM100D | Digital 4" LCD |
| C-series slim power sensor 5-500mW | Thorlabs | 1 | S130C | Multiple detectors types are available; check with vendor |
| 3. In vivo Optogenetic Stimulation | ||||
| Name of Equipment | Company | Quantity | Catalog Number | Comments |
| Multimode fiber splitters | FONT Canada | 2 | Large core fiber optic 1 X 2 splitter, 50/50 ratio, FC connectors, ruggedized | Length, core size and numerical aperture can be specified when ordering; cost-effective smaller core sizes available |
| Arbitrary waveform function generator (2 channel) | Rigol | 1 | DG1022 | Can control up to 2 lasers at once |
| Fiber optic rotary joint (commutator) | DORIC* | 6 to 8 | FRJ_1X1_FC-FC | *Also available through Thorlabs and Prizmatix |
| Animal patch cords (Custom Mono Fiberoptic Cannula with 10mm ferrules, FC/PC connector) | DORIC | 8 | MFP_200/240/900-0.22_2m_FC-MF2.5 | Length, core size and numerical aperture can be specified when ordering; alternatively, these can be made custom made in-house (see Sparta et al. 2012)9. |
| PFP ceramic split sleeve, 2.5mm ID, 11.40mm length (25/pkg) | Precision fiber Products | 1 | SM-CS1140S | Used for attaching implanted fiber optic on animal to a light-delivering fiber patch cord with flat cleeve (FC) end |
| Clear dust caps for Ø2.5 mm ferrules (25/pkg) | Thorlabs | 1 | CAPF | |
| Metal cap for FC/PC and FC/APC mating sleeves | Thorlabs | 2 | CAPF1 | |
| Thick-jacketed patch cords (custom order) | Thorlabs | 4 | 200um core, 0.22NA, FC/PC connectors multimode fibers | Length, core size, and numerical aperture can be specified when ordering |
References
- Zhang, F., et al. The microbial opsin family of optogenetic tools. Cell. 147, 1446-1457 (2011).
- Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. Millisecond-timescale genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).
- Aravanis, A. M., et al. An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology. J Neural Eng. 4, S143-156 (2007).
- Sidor, M. M. Psychiatry’s age of enlightenment: optogenetics and the discovery of novel targets for the treatment of psychiatric disorders. J Psychiatry Neurosci. 37, 4-6 (2012).
- Tye, K. M., Deisseroth, K. Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models. Nat Rev Neurosci. 13, 251-266 (2012).
- Nieh, E. H., Kim, S. Y., Namburi, P., Tye, K. M. Optogenetic dissection of neural circuits underlying emotional valence and motivated behaviors. Brain Res. 1511, 73-92 (2013).
- Yizhar, O., Fenno, L. E., Davidson, T. J., Mogri, M., Deisseroth, K. Optogenetics in neural systems. Neuron. 71, 9-34 (2011).
- Yizhar, O., et al. Neocortical excitation/inhibition balance in information processing and social dysfunction. Nature. 477, 171-178 (2011).
- Sparta, D. R., et al. Construction of implantable optical fibers for long-term optogenetic manipulation of neural circuits. Nat Protoc. 7, 12-23 (2012).
- Kravitz, A. V., Owen, S. F., Kreitzer, A. C. Optogenetic identification of striatal projection neuron subtypes during in vivo recordings. Brain Res. 1511, 21-32 (2013).
- Mattis, J., et al. Principles for applying optogenetic tools derived from direct comparative analysis of microbial opsins. Nat Methods. 9, 159-172 (2012).
- Foutz, T. J., Arlow, R. L., McIntyre, C. C. Theoretical principles underlying optical stimulation of a channelrhodopsin-2 positive pyramidal neuron. J Neurophysiol. 107, 3235-3245 (2012).
- Tye, K. M., et al. Amygdala circuitry mediating reversible and bidirectional control of anxiety. Nature. 471, 358-362 (2011).
- Cardin, J. A., et al. Targeted optogenetic stimulation and recording of neurons in vivo using cell-type-specific expression of Channelrhodopsin-2. Nat Protoc. 5, 247-254 (2010).
- Chow, B. Y., et al. High-performance genetically targetable optical neural silencing by light-driven proton pumps. Nature. 463, 98-102 (2010).
- Diester, I., et al. An optogenetic toolbox designed for primates. Nat Neurosci. 14, 387-397 (2011).
- Berndt, A., Yizhar, O., Gunaydin, L. A., Hegemann, P., Deisseroth, K. Bi-stable neural state switches. Nat Neurosci. 12, 229-234 (2009).
- Ung, K., Arenkiel, B. R. Fiber-optic implantation for chronic optogenetic stimulation of brain tissue. J Vis Exp. , e50004 (2012).
- Gunaydin, L. A., et al. Ultrafast optogenetic control. Nat Neurosci. 13, 387-392 (2010).
- Lin, J. Y., Lin, M. Z., Steinbach, P., Tsien, R. Y. Characterization of engineered channelrhodopsin variants with improved properties and kinetics. Biophys J. 96, 1803-1814 (2009).
- Gradinaru, V., et al. Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics. Cell. 141, 154-165 (2010).
- Goshen, I., et al. Dynamics of retrieval strategies for remote memories. Cell. 147, 678-689 (2011).
- Han, X., et al. A high-light sensitivity optical neural silencer: development and application to optogenetic control of non-human primate cortex. Front Syst Neurosci. 5 (18), (2011).
