Les auteurs tiennent à remercier V. Jayaraman, DS Kim, LL Looger et K. Svoboda du Projet d&#39;identification et d&#39;identification neuronale génétiquement codée (GENIE) à Janelia Research Campus de l&#39;Institut médical Howard Hughes pour leur don généreux de AAV1-GCaMP6f À l&#39;Université de Pennsylvanie Vector Core. Ils souhaiteraient également remercier le A. Olson et Neuroscience Microscopy Core à l&#39;Université de Stanford, soutenus par la subvention NS069375 du NIH pour leurs services de microscopie confocale.

<ol>
	<li>McConnell, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+decision-making+in+the+mammalian+cerebral+cortex.">Development and decision-making in the mammalian cerebral cortex.</a> Brain Res. 472 (1), 1-23 (1988).</li><li>Kwon, S. E., Yang, H., Minamisawa, G., O'Connor, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensory+and+decision-related+activity+propagate+in+a+cortical+feedback+loop+during+touch+perception.">Sensory and decision-related activity propagate in a cortical feedback loop during touch perception.</a> Nat. Neurosci. 19 (9), 1243-1249 (2016).</li><li>Miller, E. K., Cohen, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrative+theory+of+prefrontal+cortex+function.">An integrative theory of prefrontal cortex function.</a> Annu. Rev. Neurosci. 24, 167-202 (2001).</li><li>Bailey, M. R., Simpson, E. H., Balsam, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+substrates+underlying+effort,+time,+and+risk-based+decision+making+in+motivated+behavior.">Neural substrates underlying effort, time, and risk-based decision making in motivated behavior.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 133, 233-256 (2016).</li><li>Dehaene, S., Changeux, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reward-dependent+learning+in+neuronal+networks+for+planning+and+decision+making.">Reward-dependent learning in neuronal networks for planning and decision making.</a> Prog. Brain Res. 126, 217-229 (2000).</li><li>Ferenczi, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prefrontal+cortical+regulation+of+brainwide+circuit+dynamics+and+reward-related+behavior.">Prefrontal cortical regulation of brainwide circuit dynamics and reward-related behavior.</a> Science. 351 (6268), aac9698 (2016).</li><li>Anomal, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+Processing+in+the+Primary+Auditory+Cortex+of+an+Animal+Model+of+Autism.">Impaired Processing in the Primary Auditory Cortex of an Animal Model of Autism.</a> Front. Sys. Neurosci. 9, 158 (2015).</li><li>Pauls, D. L., Abramovitch, A., Rauch, S. L., Geller, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Obsessive-compulsive+disorder:+an+integrative+genetic+and+neurobiological+perspective.">Obsessive-compulsive disorder: an integrative genetic and neurobiological perspective.</a> Nat. Rev. Neurosci. 15 (6), 410-424 (2014).</li><li>Ziv, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+dynamics+of+CA1+hippocampal+place+codes.">Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes.</a> Nat. Neurosci. 16 (3), 264-266 (2013).</li><li>Jennings, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+hypothalamic+network+dynamics+for+appetitive+and+consummatory+behaviors.">Visualizing hypothalamic network dynamics for appetitive and consummatory behaviors.</a> Cell. 160 (3), 516-527 (2015).</li><li>Betley, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurons+for+hunger+and+thirst+transmit+a+negative-valence+teaching+signal.">Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal.</a> Nature. 521 (7551), 180-185 (2015).</li><li>Sun, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+speed+dependence+of+entorhinal+island+and+ocean+cells,+including+respective+grid+cells.">Distinct speed dependence of entorhinal island and ocean cells, including respective grid cells.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 112 (30), 9466-9471 (2015).</li><li>Kitamura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entorhinal+Cortical+Ocean+Cells+Encode+Specific+Contexts+and+Drive+Context-Specific+Fear+Memory.">Entorhinal Cortical Ocean Cells Encode Specific Contexts and Drive Context-Specific Fear Memory.</a> Neuron. 87 (6), 1317-1331 (2015).</li><li>Pinto, L., Dan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-Type-Specific+Activity+in+Prefrontal+Cortex+during+Goal-Directed+Behavior.">Cell-Type-Specific Activity in Prefrontal Cortex during Goal-Directed Behavior.</a> Neuron. 87 (2), 437-450 (2015).</li><li>Cox, J., Pinto, L., Dan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+imaging+of+sleep-wake+related+neuronal+activity+in+the+dorsal+pons.">Calcium imaging of sleep-wake related neuronal activity in the dorsal pons.</a> Nat. Comm. 7, 10763 (2016).</li><li>Resendez, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+cortical,+subcortical+and+deep+brain+neural+circuit+dynamics+during+naturalistic+mammalian+behavior+with+head-mounted+microscopes+and+chronically+implanted+lenses.">Visualization of cortical, subcortical and deep brain neural circuit dynamics during naturalistic mammalian behavior with head-mounted microscopes and chronically implanted lenses.</a> Nat. Protoc. 11 (3), 566-597 (2016).</li><li>Hooks, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+cortical+and+thalamic+input+to+pyramidal+neurons+in+mouse+motor+cortex.">Organization of cortical and thalamic input to pyramidal neurons in mouse motor cortex.</a> The J. Neurosci. 33 (2), 748-760 (2013).</li><li>Masamizu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+distinct+layer-specific+dynamics+of+cortical+ensembles+during+learning+of+a+motor+task.">Two distinct layer-specific dynamics of cortical ensembles during learning of a motor task.</a> Nat. Neurosci. 17 (7), 987-994 (2014).</li><li>Rowland, D. C., Moser, M. -. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+cortical+modules+to+memories.">From cortical modules to memories.</a> Curr. Opin. Neurobiol. 24 (1), 22-27 (2014).</li><li>Ghosh, K. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniaturized+integration+of+a+fluorescence+microscope.">Miniaturized integration of a fluorescence microscope.</a> Nat. Methods. 8 (10), 871-878 (2011).</li><li>Mukamel, E. A., Nimmerjahn, A., Schnitzer, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+analysis+of+cellular+signals+from+large-scale+calcium+imaging+data.">Automated analysis of cellular signals from large-scale calcium imaging data.</a> Neuron. 63 (6), 747-760 (2009).</li><li>Andermann, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+cellular+imaging+of+entire+cortical+columns+in+awake+mice+using+microprisms.">Chronic cellular imaging of entire cortical columns in awake mice using microprisms.</a> Neuron. 80 (4), 900-913 (2013).</li><li>Goldey, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removable+cranial+windows+for+long-term+imaging+in+awake+mice.">Removable cranial windows for long-term imaging in awake mice.</a> Nat. Protoc. 9 (11), 2515-2538 (2014).</li><li>Chia, T. H., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+of+deep+cortical+layers+using+a+microprism.">In vivo imaging of deep cortical layers using a microprism.</a> J. Vis. Exp. (30), (2009).</li><li>Chia, T. H., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microprisms+for+in+vivo+multilayer+cortical+imaging.">Microprisms for in vivo multilayer cortical imaging.</a> J. Neurophysiol. 102 (2), 1310-1314 (2009).</li><li>Chia, T. H., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-layer+in+vivo+imaging+of+neocortex+using+a+microprism.">Multi-layer in vivo imaging of neocortex using a microprism.</a> Cold Spring Harb. Protoc. 2010 (8), (2010).</li><li>Low, R. J., Gu, Y., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+resolution+optical+access+to+brain+regions+in+fissures:+imaging+medial+prefrontal+cortex+and+grid+cells+in+entorhinal+cortex.">Cellular resolution optical access to brain regions in fissures: imaging medial prefrontal cortex and grid cells in entorhinal cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 111 (52), 18739-18744 (2014).</li><li>Zeisel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+structure.+Cell+types+in+the+mouse+cortex+and+hippocampus+revealed+by+single-cell+RNA-seq.">Brain structure. Cell types in the mouse cortex and hippocampus revealed by single-cell RNA-seq.</a> Science. 347 (6226), 1138-1142 (2015).</li><li>Hawrylycz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inferring+cortical+function+in+the+mouse+visual+system+through+large-scale+systems+neuroscience.">Inferring cortical function in the mouse visual system through large-scale systems neuroscience.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 113 (27), 7337-7344 (2016).</li><li>Petrof, I., Viaene, A. N., Sherman, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+the+primary+somatosensory+cortex+projection+to+the+primary+motor+cortex+in+the+mouse.">Properties of the primary somatosensory cortex projection to the primary motor cortex in the mouse.</a> J. Neurophysiol. 113 (7), 2400-2407 (2015).</li><li>Aronoff, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+connectivity+of+mouse+primary+somatosensory+barrel+cortex.">Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex.</a> Euro. J. Neurosci. 31 (12), 2221-2233 (2010).</li><li>Rogan, S. C., Roth, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+control+of+neuronal+signaling.">Remote control of neuronal signaling.</a> Pharma. Rev. 63 (2), 291-315 (2011).</li><li>Berdyyeva, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zolpidem+reduces+hippocampal+neuronal+activity+in+freely+behaving+mice:+a+large+scale+calcium+imaging+study+with+miniaturized+fluorescence+microscope.">Zolpidem reduces hippocampal neuronal activity in freely behaving mice: a large scale calcium imaging study with miniaturized fluorescence microscope.</a> PloS One. 9 (11), e112068 (2014).</li></ol>

Les auteurs ont lu la politique de la revue et ont les intérêts concurrents suivants: SG, SO et VC sont des employés rémunérés à Inscopix.

La compréhension de l&#39;activité du circuit neuronal pendant le comportement éveillé est un niveau vital d&#39;investigation neurologique nécessaire pour disséquer efficacement le fonctionnement du cerveau dans la santé et la maladie. Le cortex est une région particulièrement importante pour étudier dans le contexte du comportement éveillé, car il joue un rôle important dans de nombreuses fonctions sensorielles, cognitives et exécutives essentielles 28 , 29 . On pense que la colonne corticale est l&#39;unité fonctionnelle de base dans le cortex et l&#39;activité au niveau de la population des cellules corticales diffère en fonction de leur emplacement physique dans la colonne. Par exemple, les neurones excitateurs dans les couches 2/3 dans le cortex somatosensoriel se dirigent principalement vers d&#39;autres régions néocorticales et modulent d&#39;autres réseaux corticaux 30 , tandis que les cellules dans des couches plus profondes concernent principalement des régions sous-corticales comme le thalamus 31 . Enregistrement de l&#39;activité de centS de cellules corticales pré-spécifiées simultanément et de manière fiable au fil du temps à travers différentes lames dans des sujets à comportement libre, améliorerait considérablement notre compréhension du flux d&#39;information corticale, permettant une dissection fonctionnelle plus fine des colonnes corticales informée par l&#39;information comportementale en temps réel et le temps- Balance. La collecte de ce niveau de données du circuit neuronal est rendue possible grâce à l&#39;utilisation d&#39;une plate-forme de microscopie miniaturisée efficace et rationalisée pour mener à grande échelle l&#39;imagerie Ca 2 + dans des sujets à comportement libre (ou les sujets fixés en tête, selon vos besoins). Utilisé avec des indicateurs de calcium génétiquement codés pour permettre le ciblage spécifique du type cellulaire et l&#39;imagerie d&#39;un champ de vision multicouche fourni par une sonde de prisme implantée chroniquement, ce protocole a exploré un cas parmi plusieurs applications possibles: observation des différences laminaire dans le traitement cortical somatosensoriel chez les souris Physiquement engagé avec un objet nouveau ( figure 5 ).Il s&#39;agit de la première illustration procédurale de ce genre d&#39;approche spécifique de type cellule in vivo pour étudier de multiples couches corticales chez des animaux éveillés et de comportement libre et élargit le spectre des méthodes expérimentales disponibles pour comprendre les structures lamelles dans le cerveau actif. Le champ de vision périscopique permis par la sonde de prisme dans cette technique peut être appliqué à d&#39;autres structures cérébrales lorsque la préservation du tissu directement dorsal à une région d&#39;intérêt est souhaitée; Par exemple, l&#39;imagerie CA3 pourrait être obtenue sans interruption de la fonction de l&#39;hippocampe. L&#39;approche basée sur la sonde Prism pour l&#39;imagerie de l&#39;activité Ca 2+ nécessite l&#39;insertion physique et l&#39;implantation permanente d&#39;un microprisme dans le cortex, ce qui équivaut à la création d&#39;une lésion corticale où la sonde de lentille est insérée. Cela peut entraîner des perturbations dans les circuits neuronaux locaux, y compris la séparation des dendrites apicales et des processus. TSa procédure entraînera également une activation initiale des cellules gliales dans la région, bien que cela soit localisé sur le tissu à environ 150 μm de la face du prisme et pour diminuer après que le cerveau a guéri 22 . Il est très important de considérer si cette technique affectera l&#39;anatomie et / ou le comportement normal des animaux lors de la planification des expériences. Les groupes témoins comportementaux devraient toujours être conduits pour s&#39;assurer qu&#39;il n&#39;y a pas de modifications significatives dans les comportements de base qui pourraient produire des résultats expérimentaux confondus. L&#39;utilisation de cette technique d&#39;imagerie de Ca 2+ miniaturisée et mobile avec des manipulations neuropharmacologiques, de divers paradigmes de comportement cognitifs, sociaux, moteurs ou intrinsèques, et de la combiner avec d&#39;autres mesures physiologiques peut approfondir et enrichir des études axées sur la compréhension des rôles fonctionnels des circuits neuronaux dans le comportement et le signal Traitement 32 . Suppression ou activitéCertaines voies modulées par les médicaments peuvent influencer les comportements associés, ce qui peut être facilement étudié en utilisant cette technologie 33 . Ramener dans différents types de cellules en modifiant le ciblage de l&#39;indicateur de calcium est une autre application puissante et utile, et permet de nombreuses combinaisons créatives d&#39;outils expérimentaux pour répondre à diverses questions sur les circuits neuronaux.

Le cortex est un acteur essentiel dans de nombreuses fonctions mentales et comportementales complexes, de l&#39;attention, de la perception sensorielle et du contrôle cognitif top-down 1 , 2 , 3 aux voies de motivation, de récompense et d&#39;addiction 4 , 5 . La compréhension des processus informatiques qui sous-tendent sa fonction est un objectif important pour améliorer la compréhension clinique de nombreux troubles mentaux et comportementaux. Beaucoup de théories actuelles de la maladie psychiatrique se concentrent autour de l&#39;idée que le dysfonctionnement ou la discothèque du circuit nerveux cortical peuvent être à la base d&#39;anomalies cognitives et comportementales qui sont les caractéristiques de conditions telles que la schizophrénie 6 , l&#39;autisme 7 ou le trouble obsessionnel compulsif 8 . Ainsi, l&#39;obtention de données d&#39;activité neuronale au niveau de la population de coLes circuits rythmiques dans le contexte approprié de l&#39;information comportementale simultanée revêtent une grande importance et, idéalement, peuvent être ciblés sur des types de cellules spécifiques pour une dissection plus fine du circuit neuronal. Les microscopes miniaturisés en conjonction avec des microlentilles d&#39;indice de réfraction à gradient implantable (GRIN) permettent un accès optique à des ensembles neuronaux dans des conditions de déplacement libre à partir d&#39;une diversité de régions potentielles du cerveau 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , y compris le cortex 14 , 15 , 16 . L&#39;utilisation d&#39;un système de microscopie mobile couplé à des indicateurs de calcium génétiquement codés permet une imagerie cohérente de la même population cellulaire englobant des centaines de neurones au fil des jours dans de nombreuses régions du cerveau 9 et peut êtreCiblée génétiquement sur des types de cellules spécifiques en utilisant des vecteurs viraux ou des techniques transgéniques. Comme le cortex est connu pour soutenir différentes fonctions et se connecter à différentes régions du cerveau en fonction de l&#39;emplacement des cellules dans la lame corticale 17 , 18 , 19 , nous sommes intéressés à obtenir une activité neuronale multi-couche simultanée dans des sujets réveillés. Ici, nous démontrons comment imaginer des centaines de neurones marqués par fluorescence chez les souris qui se comportent librement au cours des jours, en utilisant le microscope à fluorescence miniaturisé 20 couplé à une sonde de prisme implantée, qui offre une vue multicouches du cortex ( figure 1 ). La sonde de prisme utilisée ici est composée de deux lentilles GRIN séparées: un prisme et une lentille de relais cylindrique ( Figure 1 ). La lumière provenant du microscope excite les étiquettes fluorescentesCellules situées le long de la face d&#39;imagerie de la sonde de prisme, après réflexion de l&#39;hypoténuse de la partie prisme de la sonde. La lumière émise par les cellules reflète également l&#39;hypoténuse du prisme, est recueillie par l&#39;objectif du microscope et atteint le capteur au microscope. La sonde de prisme utilisée dans cette procédure est adaptée pour une utilisation facile avec un équipement stéréotaxique standard. Le microscope à fluorescence miniaturisé 20 détecte des transitoires de Ca 2+ provoqués par un potentiel d&#39;action dans des populations neuronales avec une résolution de cellule unique, après que ces cellules ont été spécialement identifiées avec des indicateurs fluorescents sensibles au gène génétique Ca 2+ . Dans ce protocole, nous injectons un indicateur de Ca 2+ codé dans un vecteur viral (AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40), implanter une sonde de prisme, installer le microscope, puis obtenir plusieurs jours de données d&#39;activité neuronale somatosensorielle (S1) D&#39;un animal exposéD à de nouvelles surfaces d&#39;objets lors de l&#39;exploration gratuite ( figure 2 ).

<table><tbody><tr><td>Neurostar Motorized&lt;br/&gt; Ultra Precise Small Animal Stereotaxic Instrument</td><td>Kopf</td><td>Model 963SD</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Stereoscope</td><td>Labomed</td><td>Prima DNT</td><td>Surgery and Imaging</td></tr><tr><td>Mini Rectal Thermistor Probe (.062&quot;/1.6 mm diameter) - 1/4&quot; Jack</td><td>FHC</td><td>40-90-5D-02</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Heating Pad 5 X 12.5 cm&amp;nbsp;</td><td>FHC</td><td>40-90-2-07</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>DC Temperature Controller</td><td>FHC</td><td>40-90-8D</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Microsyringe Pump</td><td>World Precision Instruments</td><td>UMP3 model; serial 155788 F110</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>NanoFil 10 &amp;mu;L Syringe</td><td>World Precision Instruments</td><td>NANOFIL</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>35 G Beveled Tip Nanofil NDL 2PK</td><td>World Precision Instruments</td><td>NF35BV-2</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Omnidrill35, 115 - 230 V</td><td>World Precision Instruments</td><td>503598</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Burrs for Micro Drill</td><td>Fine Science Tools</td><td>19007-05</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>nVista</td><td>Inscopix</td><td>100-001048</td><td>Imaging</td></tr><tr><td>AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40</td><td>Penn Vector Core</td><td>AV-1-PV3435</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Ketoprofen</td><td>Victor Medical</td><td>5487</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Carprofen</td><td>Victor Medical</td><td>1699008&amp;nbsp;</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Victor Medical</td><td>1001054</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Gelfoam (Patterson Veterinary Supply Inc Gelfoam Sponge 12 cm x 7 mm)</td><td>Pfizer (Fisher Scientific)</td><td>NC9841478</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Dumont #5/45 forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-35</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Dumont #5 forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-30</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Dissecting knives</td><td>Fine Science Tools</td><td>10055-12</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>ProView Implant Kit</td><td>Inscopix</td><td>100-000756</td><td>Surgery and Imaging</td></tr><tr><td>ProView Prism Probe 1.0 mm-Dia. ~4.3 mm Length</td><td>Inscopix</td><td>100-000592</td><td>Surgery and Imaging</td></tr><tr><td>Kwik-Sil adhesive pack of 2</td><td>World Precision Instruments</td><td>KWIK-SIL</td><td>Surgery</td></tr><tr><td>Kwik-Cast Sealant</td><td>World Precision Instruments</td><td>KWIK-CAST</td><td>Surgery and Imaging</td></tr><tr><td>Miniature Optical Mounting Post</td><td>Newport</td><td>M-TSP-3</td><td>Imaging</td></tr><tr><td>Microscope Baseplate</td><td>Inscopix</td><td>BPL-2</td><td>Imaging</td></tr><tr><td>Microscope Baseplate Cover</td><td>Inscopix</td><td>BPC-2</td><td>Imaging</td></tr></tbody></table>

multi-layer cortical ca2+ imaging in freely moving mice with prism probes and miniaturized fluorescence microscopy

L&#39; imagerie fonctionnelle en circuit et cellulaire in vivo est un outil essentiel pour comprendre le cerveau en action. L&#39;imagerie haute résolution des neurones corticaux de souris avec microscopie à deux photons a fourni des idées uniques sur la structure corticale, la fonction et la plasticité. Cependant, ces études sont limitées aux animaux fixes en tête, réduisant considérablement la complexité comportementale disponible pour l&#39;étude. Dans cet article, nous décrivons une procédure pour effectuer une microscopie à fluorescence chronique avec une résolution cellulaire à travers de multiples couches corticales chez des souris à comportement libre. Nous avons utilisé un microscope de fluorescence miniaturisé intégré couplé à une sonde de prisme implantée pour visualiser et enregistrer simultanément la dynamique du calcium de centaines de neurones à travers de multiples couches du cortex somatosensoriel lorsque la souris s&#39;est engagée dans une nouvelle tâche d&#39;exploration d&#39;objets sur plusieurs jours. Cette technique peut être adaptée à d&#39;autres régions du cerveau dans différentes espèces animales pour d&#39;autres pAradigms.

Le protocole décrit ici décrit un moyen efficace et efficace d&#39;effectuer une imagerie multicouche longitudinale de Ca 2+ à partir de centaines de neurones corticaux chez des souris à comportement libre utilisant des sondes de prisme ( Figure 1 ). Les approches antérieures en matière d&#39;imagerie corticale à couches multiples ont principalement été limitées aux animaux fixés en tête 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 . Afin d&#39;acquérir ce niveau de données dans un contexte de comportement libre, une plate-forme de microscope miniaturisé a été utilisée pour la flexibilité comportementale; Un indicateur de calcium génétiquement codé (GCaMP6f) a été utilisé pour cibler une population cellulaire spécifique (cellules CAMKII + dans le cortex); Et une sonde de prisme a été choisie pour fournir un champ de vision chronique et multicouche. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Nous avons démontré le flux de travail pour préparer l&#39;animal à l&#39;imagerie. Un vecteur viral codant pour un indicateur de calcium approprié a été injecté dans le cortex ( Figure 2 , étape 1) avant d&#39;implanter une sonde de prisme pour implanter un accès optique aux cellules marquées ( figure 2 , étape 2). Une plaque de base qui sert de quai sécurisé et temporaire pour le positionnement du microscope lors des sessions d&#39;imagerie a ensuite été installée sur la tête de l&#39;animal ( Figure 2 , Étape 3), ce qui permet de visualiser l&#39;activité corticale dans de multiples couches cellulaires dans un essai expérimental éveillé Installation ( Figure 2 , étape 4). Pour s&#39;assurer que la population cellulaire souhaitée était ciblée, une section de cerveau coronal post-mortem d&#39;une souris représentative est montrée à la figure 3 avec le tube de sonde de prisme et le champ de vision marqué par rapport au laboratoire GCaMP6fNeurones élevés dans les couches 2/3 et 5 du cortex somatosensoriel. Au cours de l&#39;imagerie comportementale réveillée avec le système, l&#39;activité des neurones corticaux somatosensoriels a été enregistrée lorsque la souris a été exposée à trois environnements différents: champ ouvert (jour 1), familiarisation avec les objets (jour 2 à 4) et nouvel objet (jour 5) ( Figure 4 ). Le jour 1, la souris a été placée dans une arène comportementale dépourvue de tout objet. Le jour 2-4, la souris a été placée dans l&#39;arène avec les mêmes objets texturément différents (un bloc de gel et un bloc de bois). Le jour 5, l&#39;un des objets a été remplacé par un nouvel objet. L&#39;animal a été imaginé pendant 5 jours pendant 20 min par jour. Après l&#39;extraction cellulaire à l&#39;aide du logiciel d&#39;analyse de données d&#39;image Ca 2+ , les filtres spatiaux correspondant aux emplacements des cellules ont été superposés à la projection moyenne d&#39;intensité fluorescente des données d&#39;enregistrement du microscope( Figure 5) . Une ligne pointillée blanche sépare les couches 2/3 et 5 cellules. Les traces correspondantes de Ca 2+ provenant de 5 cellules de chacune des couches montrent le motif de tir des cellules dans deux contextes comportementaux différents: la familiarisation avec les objets et l&#39;exposition récente à l&#39;objet. Les cellules de couche 2/3 étaient plus actives par rapport aux cellules de la couche 5 le jour où la souris a été exposée à un nouvel objet. Ceci est également évident à partir des parcelles raster qui montrent l&#39;activité de tir à seuil de toutes les cellules imagées aux jours 1, 4 et 5. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig1.jpg" /> Figure 1: In Vivo Ca 2 + Imagerie dans plusieurs couches corticales chez les souris mobiles. ( A ) Spécifications de la sonde Prism et description du plan d&#39;imagerie. Le revêtement réfléchissant à l&#39;intérieur de l&#39;hypoténuse permet d&#39;imaginer 90 ° à partir du plan d&#39;insertion de la sonde de prisme. La lentilleFf s&#39;intègre avec le support de l&#39;objectif, qui rationalise la procédure d&#39;implantation et permet une visualisation potentielle de la fluorescence du tissu ambiant lors de l&#39;implantation ( B ) (i). Illustration du placement de la craniotomie de la sonde de prisme et de l&#39;incision du couteau par rapport au site d&#39;injection de virus, et (ii) illustration de l&#39;emplacement du côté plat de la sonde de prisme par rapport à l&#39;incision du couteau et au site d&#39;injection de virus. ( C ) Illustration de l&#39;installation d&#39;imagerie Ca 2+ in vivo montrant le chemin de lumière pour une petite zone dans le champ de vision complet à travers une sonde de prisme implantée dans le cortex de souris. ( D ) Exemple de champ de vision pendant l&#39;installation de la sonde de prisme. Le microscope miniature est fixé au support de l&#39;objectif, qui maintient la sonde de prisme permettant de vérifier l&#39;expression du virus pendant l&#39;installation de la sonde de prisme. ( E ) Intégration du microscope avec une sonde de prisme pour l&#39;imagerie corticale multi-couches de cellules S1 marquées par GCaMP6f. F Exemple de champ de visionLors de l&#39;installation de la plaque de base. Le modèle des vaisseaux sanguins propres est visible au moment de l&#39;installation de la plaque de base avec certaines cellules en image brute. Plus de cellules sont clairement visibles lorsque DF / F est activé dans la fenêtre du logiciel d&#39;acquisition. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig1large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig2.jpg" /> Figure 2: schéma montrant la chronologie des événements du flux de travail pour l&#39;implantation de la sonde prisme et l&#39;installation du microscope. Le nombre de semaines est représenté sur l&#39;axe X et les étapes du flux de travail des procédures selon l&#39;axe des Y. ( A ) Graphique illustrant l&#39;injection virale (AAV1.CaMKII.GCaMP6f.WPRE.SV40) le long du même axe dorso-ventral, pour étiqueter plusieurs couches du cortex somatosensoriel de souris. ( B ) 2 semaines après les injections de virus, un problème de prismeE est implanté sur un axe parallèle aux sites d&#39;injection de virus. ( C ) Environ une semaine après l&#39;implantation de la sonde de prisme, l&#39;animal est vérifié pour l&#39;expression au microscope et une plaque de base est montée sur la tête si une population de cellules est visible. ( D ) L&#39;animal est alors prêt pour l&#39;imagerie chronique pendant les tâches comportementales pertinentes (clip art de la souris modifié après autorisation de UW-Madison Biochemistry MediaLab). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig2large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="figure 3" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig3.jpg" /> Figure 3: Validation histologique post-mortem de l&#39;emplacement de la sonde Prism et expression GCaMP. ( A ) Section coronal à partir d&#39;un cerveau de souris représentatif montrant le tube de sonde de prisme et avec son côté d&#39;imagerie faceLes cellules exprimant GCaMP6f (AAV1.CaMKII.GCaMP6f exprimées dans les neurones dans les couches 2/3 et 5). ( B ) Même section du cerveau coronal après coloration pour DAPI. Barre d&#39;échelle = 250 μm ( C ) Zoomé en vue des cellules exprimant GCaMP6f dans le cortex somatosensoriel. Barre d&#39;échelle = 100 μm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig3large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig4.jpg" /> Figure 4: Activité de la souris lors de l&#39;habituation, de la familiarisation et de nouveaux tests d&#39;exposition d&#39;objet a été suivie en vidéo avec un logiciel vidéo. ( A ) Le jour 1, l&#39;animal a été placé dans une arène de comportement dépourvue de tout objet (champ ouvert). ( B ) Aux jours 2 à 4, les deux mêmes objets texturément différents (bloc de gel et bloc de bois) ont été placés dans l&#39;arène (Object FamiLiarisation). ( C ) Le jour 5, l&#39;un des objets a été remplacé par un nouvel objet (bloc de bois avec du papier de sable) (Novel Object Exposure). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig4large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/55579/55579fig5.jpg" /> Figure 5: Dynamique du calcium à partir de couches superficielles et profondes du cortex somatosensoriel d&#39;une souris représentative implémentée au microscope. ( A ) Image fusionnée de filtres spatiaux neuronaux (blobs verts) et projection moyenne d&#39;intensité de fluorescence de l&#39;enregistrement par microscope à l&#39;aide d&#39;un champ de vision de prisme. Bordure entre les couches supragranulaire et infragranulaire indiquées par une ligne pointillée blanche. Barre d&#39;échelle = 100 μm. ( B ) Traces de calcium de cinq exemples de cellules superficielles et de couches profondes (remplies de bleu et de rouge cElls dans le panneau A), indiquant des unités d&#39;écart type de fluorescence suite à une analyse de composant principale et indépendante. Barre d&#39;échelle horizontale 50 s et barre d&#39;échelle verticale 10 SD ( C ) Placement de cellules de couches superficielles (couches 2/3) et couches profondes (couche 5) affichées sur le champ Ouvrir, Familiarisation avec les objets et Exploration d&#39;objets nouveaux. Barre d&#39;échelle = 100 s. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55579/55579fig5large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

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Multi-layer Cortical Ca2+ Imaging in Freely Moving Mice with Prism Probes and Miniaturized Fluorescence Microscopy

Ici, nous présentons une procédure pour effectuer une image à grande échelle Ca 2+ avec une résolution cellulaire à travers de multiples couches corticales chez des souris qui se déplacent librement. Des centaines de cellules actives peuvent être observées simultanément à l&#39;aide d&#39;un microscope à tête miniature couplé à une sonde de prisme implantée.

Multi-couche Cortical Ca<sup&gt; 2+</sup&gt; Imagerie dans les souris à mouvement libre avec des sondes prisme et microscopie à fluorescence miniaturisée

In vivo circuit and cellular level functional imaging is a critical tool for understanding the brain in action. High resolution imaging of mouse cortical ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Behavior

Multi-layer Cortical Ca2+ Imaging in Freely Moving Mice with Prism Probes and Miniaturized Fluorescence Microscopy

30.9K vues.  Inscopix Inc..  Ici, nous présentons une procédure pour effectuer une image à grande échelle Ca 2+ avec une résolution cellulaire à travers de multiples couches corticales chez des souris qui se déplacent librement. Des centaines de cellules actives peuvent être observées simultanément à l'aide d'un microscope à tête miniature couplé à une sonde de prisme implantée. 

Vidéo: Multi-layer Cortical Ca2+ Imaging in Freely Moving Mice with Prism Probes and Miniaturized Fluorescence Microscopy

Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically identified cells during behavior1-6. Here we describe methods to perform two-photon imaging in mouse cortex while the animal navigates a virtual reality environment. We focus on the aspects of the experimental procedures that are key to imaging in a behaving animal in a brightly lit virtual environment. The key problems that arise in this experimental setup that we here address are: minimizing brain motion related artifacts, minimizing light leak from the virtual reality projection system, and minimizing laser induced tissue damage. We also provide sample software to control the virtual reality environment and to do pupil tracking. With these procedures and resources it should be possible to convert a conventional two-photon microscope for use in behaving mice.

Here we describe the experimental procedures involved in two-photon imaging of mouse cortex during behavior in a virtual reality environment.

Deux photons Imaging calcium dans la souris Naviguer une réalité environnement virtuel

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically ...

Recherche

Sciences du comportement

In Vivo 2-Photon Calcium Imaging in Layer 2/3 of Mice

To understand network dynamics of microcircuits in the neocortex, it is essential to simultaneously record the activity of a large number of neurons . In-vivo two-photon calcium imaging is the only method that allows one to record the activity of a dense neuronal population with single-cell resolution . The method consists in implanting a cranial imaging window, injecting a fluorescent calcium indicator dye that can be taken up by large numbers of neurons and finally recording the activity of neurons with time lapse calcium imaging using an in-vivo two photon microscope. Co-injection of astrocyte-specific dyes allows one to differentiate neurons from astrocytes. The technique can be performed in mice expressing fluorescent molecules in specific subpopulations of neurons to better understand the network interactions of different groups of cells.

To understand network dynamics of microcircuits in the neocortex, it is essential to simultaneously record the activity of a large number of neurons . In-vivo two-photon calcium imaging is the only method that allows one to record the activity of a dense neuronal population with single-cell resolution .

In Vivo 2-Photon Imaging calcium dans la couche 2 / 3 de souris

To understand network dynamics of microcircuits in the neocortex, it is essential to simultaneously record the activity of a large number of neurons .  ...

Biologie

Functional Calcium Imaging in Developing Cortical Networks

A hallmark pattern of activity in developing nervous systems is spontaneous, synchronized network activity. Synchronized activity has been observed in intact spinal cord, brainstem, retina, cortex and dissociated neuronal culture preparations. During periods of spontaneous activity, neurons depolarize to fire single or bursts of action potentials, activating many ion channels. Depolarization activates voltage-gated calcium channels on dendrites and spines that mediate calcium influx. Highly synchronized electrical activity has been measured from local neuronal networks using field electrodes. This technique enables high temporal sampling rates but lower spatial resolution due to integrated read-out of multiple neurons at one electrode. Single cell resolution of neuronal activity is possible using patch-clamp electrophysiology on single neurons to measure firing activity. However, the ability to measure from a network is limited to the number of neurons patched simultaneously, and typically is only one or two neurons. The use of calcium-dependent fluorescent indicator dyes has enabled the measurement of synchronized activity across a network of cells. This technique gives both high spatial resolution and sufficient temporal sampling to record spontaneous activity of the developing network.
A key feature of newly-forming cortical and hippocampal networks during pre- and early postnatal development is spontaneous, synchronized neuronal activity (Katz &amp; Shatz, 1996; Khaziphov &amp; Luhmann, 2006). This correlated network activity is believed to be essential for the generation of functional circuits in the developing nervous system (Spitzer, 2006). In both primate and rodent brain, early electrical and calcium network waves are observed pre- and postnatally in vivo and in vitro (Adelsberger et al., 2005; Garaschuk et al., 2000; Lamblin et al., 1999). These early activity patterns, which are known to control several developmental processes including neuronal differentiation, synaptogenesis and plasticity (Rakic &amp; Komuro, 1995; Spitzer et al., 2004) are of critical importance for the correct development and maturation of the cortical circuitry.
In this JoVE video, we demonstrate the methods used to image spontaneous activity in developing cortical networks. Calcium-sensitive indicators, such as Fura 2-AM ester diffuse across the cell membrane where intracellular esterase activity cleaves the AM esters to leave the cell-impermeant form of indicator dye. The impermeant form of indicator has carboxylic acid groups which are able to then detect and bind calcium ions intracellularly.. The fluorescence of the calcium-sensitive dye is transiently altered upon binding to calcium. Single or multi-photon imaging techniques are used to measure the change in photons being emitted from the dye, and thus indicate an alteration in intracellular calcium. Furthermore, these calcium-dependent indicators can be combined with other fluorescent markers to investigate cell types within the active network.

Spontaneous activity of developing neuronal networks can be measured using AM-ester forms of calcium-sensitive indicator dyes. Changes in intracellular calcium, indicating neuronal activation, are detected as transient changes in indicator fluorescence with one- or two-photon imaging. This protocol can be adapted for a range of developmentally-dependent neuronal networks in vitro.

Imagerie fonctionnelle en calcium développement des réseaux corticaux

A hallmark pattern of activity in developing nervous systems is spontaneous, synchronized network activity. Synchronized activity has been observed in ...

Neurosciences

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size and have a reflective coating on the hypotenuse to allow internal reflection of excitation and emission light.  The microprism probe simultaneously images multiple cortical layers with a perspective typically seen only in slice preparations.  Images are collected with a large field-of-view (~900 &mu;m).  In addition, we provide details on the non-survival surgical procedure and microscope setup.  Representative results include images of layer V pyramidal neurons from Thy-1 YFP-H mice showing their apical dendrites extending through the superficial cortical layer and extending into tufts.  Resolution was sufficient to image dendritic spines near the soma of layer V neurons.  A tail-vein injection of fluorescent dye reveals the intricate network of blood vessels in the cortex.  Line-scanning of red blood cells (RBCs) flowing through the capillaries reveals RBC velocity and flux rates can be obtained. This novel microprism probe is an elegant, yet powerful new method of visualizing deep cellular structures and cortical function in vivo.

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

Right-angle microprisms inserted into the mouse neocortex allows for deep imaging of multiple cortical layers with a viewpoint typically found in slice. One-millimeter microprisms offer a wide field-of-view (~900 &mu;m) and spatial resolutions sufficient to resolve dendritic spines. We demonstrate layer V neuronal imaging and neocortical vascular imaging using microprisms.

L&#39;imagerie in vivo de Deep couches corticales utilisant un microprisme

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size ...

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

Inferior olive (IO), a nucleus in the ventral medulla, is the only source of climbing fibers that form one of the two input pathways entering the cerebellum. IO has long been proposed to be crucial for motor control and its activity is currently considered to be at the center of many hypotheses of both motor and cognitive functions of the cerebellum. While its physiology and function have been relatively well studied on single-cell level in vitro, presently there are no reports on the organization of the IO network activity in living animals. This is largely due to the extremely challenging anatomical location of the IO, making it difficult to subject to conventional fluorescent imaging methods, where an optic path must be created through the entire brain located dorsally to the region of interest.
Here we describe an alternative method for obtaining state-of-the-art -level calcium imaging data from the IO network. The method takes advantage of the extreme ventral location of the IO and involves a surgical procedure for inserting a gradient-refractive index (GRIN) lens through the neck viscera to come into contact with the ventral surface of the calcium sensor GCaMP6s-expressing IO in anesthetized mice. A representative calcium imaging recording is shown to demonstrate the feasibility to record IO neuron activity after the surgery. While this is a non-survival surgery and the recordings must be conducted under anesthesia, it avoids damage to life-critical brainstem nuclei and allows conducting large variety of experiments investigating spatiotemporal activity patterns and input integration in the IO. This procedure with modifications could be used for recordings in other, adjacent regions of the ventral brainstem.

In vivo Calcium Imaging in Mouse Inferior Olive

We present a protocol to expose the brainstem of adult mouse from the ventral side. By using a gradient-refractive index lens with a miniature microscope, calcium imaging can be used to examine the activity of inferior olive neural somata in vivo.

In vivo Imagerie du calcium chez la souris Olive inférieure

Inferior olive (IO), a nucleus in the ventral medulla, is the only source of climbing fibers that form one of the two input pathways entering the ...

Simultaneous Imaging of Microglial Dynamics and Neuronal Activity in Awake Mice

Since brain functions are under the continuous influence of the signals derived from peripheral tissues, it is critical to elucidate how glial cells in the brain sense various biological conditions in the periphery and transmit the signals to neurons. Microglia, immune cells in the brain, are involved in synaptic development and plasticity. Therefore, the contribution of microglia to neural circuit construction in response to the internal state of the body should be tested critically by intravital imaging of the relationship between microglial dynamics and neuronal activity.
Here, we describe a technique for the simultaneous imaging of microglial dynamics and neuronal activity in awake mice. Adeno-associated virus encoding R-CaMP, a gene-encoded calcium indicator of red fluorescence protein, was injected into layer 2/3 of the primary visual cortex in CX3CR1-EGFP transgenic mice expressing EGFP in microglia. After viral injection, a cranial window was installed onto the brain surface of the injected region. In vivo two-photon imaging in awake mice 4 weeks after the surgery demonstrated that neural activity and microglial dynamics could be recorded simultaneously at the sub-second temporal resolution. This technique can uncover the coordination between microglial dynamics and neuronal activity, with the former responding to peripheral immunological states and the latter encoding the internal brain states.

Here, we describe a protocol combining adeno-associated virus injection with cranial window implantation for simultaneous imaging of microglial dynamics and neuronal activity in awake mice.

Imagerie simultanée de la dynamique microgliale et de l’activité neuronale chez des souris éveillées

Since brain functions are under the continuous influence of the signals derived from peripheral tissues, it is critical to elucidate how glial cells in ...

In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse Using a Large Cranial Window

Wide-field calcium imaging from the mouse&#39;s neocortex allows one to observe cortex-wide neural activity related to various brain functions. On the other hand, two-photon imaging can resolve the activity of local neural circuits at the single-cell level. It is critical to make a large cranial window to perform multiple-scale analysis using both imaging techniques in the same mouse. To achieve this, one must remove a large section of the skull and cover the exposed cortical surface with transparent materials. Previously, glass skulls and polymer-based cranial windows have been developed for this purpose, but these materials are not easily fabricated. The present protocol describes a simple method for making a large cranial window consisting of commercially available polyvinylidene chloride (PVDC) wrapping film, a transparent silicone plug, and a cover glass. For imaging the dorsal surface of an entire hemisphere, the window size was approximately 6 x 3 mm2. Severe brain vibrations were not observed regardless of such a large window. Importantly, the condition of the brain surface did not deteriorate for more than one month. Wide-field imaging of a mouse expressing a genetically-encoded calcium indicator (GECI), GCaMP6f, specifically in astrocytes, revealed synchronized responses in a few millimeters. Two-photon imaging of the same mouse showed prominent calcium responses in individual astrocytes over several seconds. Furthermore, a thin layer of an adeno-associated virus was applied to the PVDC film and successfully expressed GECI in cortical neurons over the cranial window. This technique is reliable and cost-effective for making a large cranial window and facilitates the investigation of the neural and glial dynamics and their interactions during behavior at the macroscopic and microscopic levels.

In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse Using a Large Cranial Window

The present protocol describes making a large (6 x 3 mm2) cranial window using food wrap, transparent silicone, and cover glass. This cranial window allows in vivo wide-field and two-photon calcium imaging experiments in the same mouse.

In vivo Imagerie calcique à grand champ et à deux photons d’une souris utilisant une grande fenêtre crânienne

Wide-field calcium imaging from the mouse&#39;s neocortex allows one to observe cortex-wide neural activity related to various brain functions. On the ...

Imagerie calcique à deux photons et à grand champ dans le colliculus supérieur

Calcium Imaging in Mouse Superior Colliculus

The superior colliculus (SC), an evolutionarily conserved midbrain structure in all vertebrates, is the most sophisticated visual center before the emergence of the cerebral cortex. It receives direct inputs from ~30 types of retinal ganglion cells (RGCs), with each encoding a specific visual feature. It remains elusive whether the SC simply inherits retinal features or if additional and potentially de novo processing occurs in the SC. To reveal the neural coding of visual information in the SC, we provide here a detailed protocol to optically record visual responses with two complementary methods in awake mice. One method uses two-photon microscopy to image calcium activity at single-cell resolution without ablating the overlaying cortex, while the other uses wide-field microscopy to image the whole SC of a mutant mouse whose cortex is largely undeveloped. This protocol details these two methods, including animal preparation, viral injection, headplate implantation, plug implantation, data acquisition, and data analysis. The representative results show that the two-photon calcium imaging reveals visually evoked neuronal responses at single-cell resolution, and the wide-field calcium imaging reveals&#160;neural activity across the entire SC. By combining these two methods, one can reveal the neural coding in the SC at different scales, and such combination can also be applied to other brain regions.

Pleins feux sur l’auteur : Dévoilement du codage neuronal et des mécanismes de traitement visuel dans le colliculus supérieur 

This protocol details the procedure for imaging calcium responses in the superior colliculus (SC) of awake mice, including imaging single-neuron activity with two-photon microscopy while leaving the cortex intact in wild-type mice, and imaging the entire SC with wide-field microscopy in partial-cortex mutant mice.

Imagerie calcique dans le colliculus supérieur de souris

The superior colliculus (SC), an evolutionarily conserved midbrain structure in all vertebrates, is the most sophisticated visual center before the ...

Multi-couche Cortical Ca

Résumé

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Chapitres dans cette vidéo

Deux photons Imaging calcium dans la souris Naviguer une réalité environnement virtuel

In Vivo 2-Photon Imaging calcium dans la couche 2 / 3 de souris

Imagerie fonctionnelle en calcium développement des réseaux corticaux

L'imagerie in vivo de Deep couches corticales utilisant un microprisme

In vivo Imagerie du calcium chez la souris Olive inférieure

Imagerie simultanée de la dynamique microgliale et de l’activité neuronale chez des souris éveillées

In vivo Imagerie calcique à grand champ et à deux photons d’une souris utilisant une grande fenêtre crânienne

Imagerie calcique dans le colliculus supérieur de souris

Imagerie calcique dans le colliculus supérieur de souris

Imagerie calcique dans le colliculus supérieur de souris