En ny publikation från Opto-Electronic Advances diskuterar helfibertransmissionsfotometri för samtidig optogenetisk stimulering och flerfärgsregistrering av neuronaktivitet.

Att förstå hjärnans struktur och funktion är den mest utmanande vetenskapliga gränsen under 2000-talet eftersom fler och fler länder deltar i hjärninitiativet. Neuronen är de grundläggande strukturella och funktionella enheterna i nervsystemet, och deras aktivitetstillstånd är nära relaterat till hjärnans fysiologiska funktioner. Dessa neuroner är sammankopplade av synapser för att utföra en specifik funktion, som bildar neurala kretsar och sedan bildar storskaliga hjärnnätverk ytterligare. Inom hjärnvetenskaplig forskning är manipulering och realtidsövervakning av aktiviteterna hos celltypspecifika neuroner effektivt med låg skada och hög spatiotemporal upplösning under djurbeteende grundläggande arbete för att utforska den funktionella anslutningen, informationsöverföringen och fysiologiska funktionerna hos neurala kretsar in vivo , också grunden för forskning och behandling av hjärnsjukdomar.

I den aktuella studien av neurala kretsar är det nödvändigt att manipulera och övervaka neuronernas aktivitet för att utforska de kausala undersökningarna av neurala kretsar och beteendefunktion. Elektrofysiologisk registrering och optisk detektion är de viktigaste metoderna för att övervaka neuronernas aktiviteter, medan manipulation av neuronaktivitet i allmänhet uppnås genom optogenetik. Tidigare tekniker eller system för att optogenetiskt manipulera eller övervaka neuronaktivitet hos djur som beter sig är dock mestadels separerade och fungerar självständigt. För att undersöka neuronala aktiviteter och beteendefunktion i neurala kretsar och återkopplingssvaren från optogenetisk manipulation är det viktigt att kombinera manipulerings- och övervakningstekniker.

Fiberfotometri har blivit allt mer populärt bland neuroforskare som ett bekvämt verktyg för att registrera genetiskt definierade neuronala populationer hos djur som beter sig. Hjärnan existerar olika neuroner, som kan överföra information via synaptiska förbindelser eller signalsubstanser. Förmågan att optogenetiskt manipulera och flerfärgsövervaka neuronal aktivitet eller neurotransmittoraktivitet med celltypsspecificitet är oumbärlig för neuroforskare att studera neurala kretsar hos djur som beter sig. Det är dock ganska utmanande att kombinera flerfärgsinspelning med optogenetik. Eftersom excitationsspektrumet för de vanligen använda opsin-sensorerna ligger nära emissionsspektrumet för de GFP-baserade och RFP-baserade GEFI:erna och med tanke på att det är ganska utmanande att helt filtrera bort optogenetisk stimuleringsljus med milliwatt, är uppenbara artefakter från optogenetisk stimulering oundvikligt i en svag (pico watt) fluorescerande signal under inspelning. Därför stöder de traditionella optiska metoderna bara övervakningen av en typ av neuronaktivitet när man tillämpar optogenetisk manipulation för närvarande.

Författarna till denna artikel rapporterar ett fotometrisystem med helfibertransmission för samtidig optogenetisk manipulation och flerfärgsinspelning av neuronala aktiviteter och frisättning av neurotransmittorn i ett fritt rörligt djur. De visade först framgångsrik dubbelfärgsinspelning av neuronal Ca ²⁺ signaler och dopamindynamik i NAc vid leverans av en oväntad belöning och den samtidiga optogenetiska ingången från den uppströms ventrala tegmentala regionen, vilket finns betydande skillnader i tidsförloppet för belöning eller svarsintensitet för optogenetisk input.

Genom att använda ett skräddarsytt fiberknippe med flera grenar kan systemet bekvämt leverera allt erforderligt ljus med hjälp av optiska fibrer, vilket gör systemet mer robust för användning i fritt uppträdande experimentella sammanhang och tvåfärgsinspelning. Detta system har en bättre ljustransmissionsprestanda än det traditionella epifluorescenssystemet. Dessutom fanns det inga betydande kanalöverhörning eller stimuleringsartefakter för samtidig flerfärgsinspelning av neuronal Ca ²⁺ signaler och neurotransmittordynamik och exakta optogenetiska manipulationer hos fritt rörliga djur. + Utforska vidare

Bättre förståelse för kommunikation mellan neuroner i hjärnan