Figura 1 Sistema di registrazione e optogenetica a trasmissione multi-fibra. (a) Un'immagine del fascio di fibre a quattro rami. (b) Diagramma del ramo comune del fascio di fibre a quattro rami v. (c) Diagramma schematico del sistema fotometrico di fibre multifunzione costruito con il fascio di fibre a quattro rami. (d) Diagramma schematico dell'amplificatore lock-in per il sistema di fotometria in fibra multifunzione. Credito:Compuscript Ltd
Una nuova pubblicazione da Opto-Electronic Advances discute la fotometria di trasmissione di tutte le fibre per la stimolazione optogenetica simultanea e la registrazione dell'attività neuronale multicolore.
Comprendere la struttura e la funzione del cervello è la frontiera scientifica più impegnativa del 21° secolo, poiché sempre più paesi partecipano all'iniziativa sul cervello. Il neurone è le unità strutturali e funzionali di base del sistema nervoso e il loro stato di attività è strettamente correlato alle funzioni fisiologiche del cervello. Questi neuroni sono interconnessi da sinapsi per svolgere una funzione specifica, che formano circuiti neurali e quindi formano ulteriormente reti cerebrali su larga scala. Nella ricerca scientifica del cervello, la manipolazione e il monitoraggio in tempo reale delle attività del neurone specifico del tipo cellulare in modo efficiente con basso danno e alta risoluzione spaziotemporale durante il comportamento animale sono un lavoro fondamentale per esplorare la connettività funzionale, la trasmissione di informazioni e le funzioni fisiologiche dei circuiti neurali in vivo , anche la base per la ricerca e la cura delle malattie del cervello.
Nell'attuale studio dei circuiti neurali, è necessario manipolare e monitorare l'attività dei neuroni per esplorare le indagini causali dei circuiti neurali e della funzione comportamentale. La registrazione elettrofisiologica e il rilevamento ottico sono i principali metodi di monitoraggio delle attività dei neuroni, mentre la manipolazione dell'attività neuronale è generalmente ottenuta dall'optogenetica. Tuttavia, le tecniche oi sistemi precedenti per manipolare o monitorare optogeneticamente l'attività neuronale negli animali che si comportano sono per lo più separati e funzionano in modo indipendente. Al fine di studiare le attività neuronali e la funzione comportamentale nel circuito neurale e le risposte di feedback della manipolazione optogenetica, è importante combinare tecnologie di manipolazione e monitoraggio.
Figura 2 registrazione multicolore e manipolazione optogenetica delle attività neuronali in NAc di un topo che si muove liberamente. (a) Registrazione simultanea della dinamica della dopamina e del Ca 2+ neuronale segnali nel NAcLat di un mouse che si muove liberamente. (b) Registrazione simultanea multicolore e manipolazione optogenetica delle attività neuronali nel NAc di un topo che si muove liberamente. Credito:Compuscript Ltd
La fotometria in fibra è diventata sempre più popolare tra i neuroscienziati come strumento conveniente per la registrazione di popolazioni neuronali geneticamente definite in animali che si comportano. Nel cervello esistono vari neuroni, che possono trasmettere informazioni tramite giunzioni sinaptiche o neurotrasmettitori. La capacità di manipolare optogeneticamente e monitorare a più colori l'attività neuronale o l'attività del neurotrasmettitore con specificità del tipo cellulare è indispensabile per i neuroscienziati per studiare i circuiti neurali negli animali che si comportano. Tuttavia, è piuttosto difficile combinare la registrazione multicolore con l'optogenetica. Poiché lo spettro di eccitazione dei sensori opsin comunemente usati è vicino allo spettro di emissione dei GEFI basati su GFP e RFP e considerando che è piuttosto difficile filtrare completamente la luce di stimolazione optogenetica con milliwatt, evidenti artefatti dalla stimolazione optogenetica sono inevitabile in un segnale fluorescente debole (pico watt) durante la registrazione. Pertanto, i metodi ottici tradizionali supportano attualmente il monitoraggio di un solo tipo di attività neuronale quando si applica la manipolazione optogenetica.
Gli autori di questo articolo riportano un sistema di fotometria a trasmissione interamente di fibre per la manipolazione optogenetica simultanea e la registrazione multicolore delle attività neuronali e del rilascio di neurotrasmettitori in un animale che si muove liberamente. In primo luogo hanno dimostrato il successo della registrazione a due colori del Ca 2+ neuronale segnali e dinamica della dopamina nel NAc dopo aver fornito una ricompensa inaspettata e l'input optogenetico simultaneo dalla regione tegmentale ventrale a monte, che esiste differenze significative nell'andamento temporale della ricompensa o nell'intensità della risposta per l'input optogenetico.
Utilizzando un fascio di fibre multiramo progettato su misura, il sistema può comodamente fornire tutta la luce richiesta utilizzando fibre ottiche, rendendo il sistema più robusto per l'uso in contesti sperimentali a comportamento libero e registrazione a doppio colore. Questo sistema ha prestazioni di trasmissione della luce più eccellenti rispetto al tradizionale sistema di epifluorescenza. Inoltre, non sono stati rilevati artefatti di crosstalk o stimolazione sostanziali per la registrazione multi-colore simultanea del Ca 2+ neuronale segnali e dinamiche dei neurotrasmettitori e precise manipolazioni optogenetiche in animali che si muovono liberamente. + Esplora ulteriormente
