Een nieuwe publicatie van Opto-Electronic Advances bespreekt all-fiber transmissie fotometrie voor gelijktijdige optogenetische stimulatie en meerkleurige opname van neuronale activiteit.

Het begrijpen van de structuur en functie van de hersenen is de meest uitdagende wetenschappelijke grens in de 21e eeuw, aangezien steeds meer landen deelnemen aan het herseninitiatief. Het neuron is de structurele en functionele basiseenheid van het zenuwstelsel, en hun activiteitstoestand is nauw verwant aan de fysiologische functies van de hersenen. Deze neuronen zijn met elkaar verbonden door synapsen om een ​​specifieke functie uit te voeren, die neurale circuits vormen en vervolgens grootschalige hersennetwerken vormen. In hersenwetenschappelijk onderzoek is het efficiënt manipuleren en realtime monitoren van de activiteiten van celtype-specifieke neuronen met lage schade en hoge spatiotemporele resolutie tijdens diergedrag fundamenteel werk voor het verkennen van de functionele connectiviteit, informatieoverdracht en fysiologische functies van neurale circuits in vivo , ook de basis voor het onderzoek en de behandeling van hersenziekten.

In de huidige studie van neurale circuits is het noodzakelijk om de activiteit van neuronen te manipuleren en te volgen om het causale onderzoek van neurale circuits en gedragsfunctie te onderzoeken. Elektrofysiologische opname en optische detectie zijn de belangrijkste methoden voor het bewaken van de activiteiten van neuronen, terwijl de manipulatie van neuronale activiteit over het algemeen wordt bereikt door optogenetica. Eerdere technieken of systemen om neuronale activiteit optogenetisch te manipuleren of te controleren bij dieren die zich gedragen, zijn echter meestal gescheiden en werken onafhankelijk. Om neuronale activiteiten en gedragsfunctie in neurale circuits en de feedbackreacties van optogenetische manipulatie te onderzoeken, is het belangrijk om manipulatie- en monitoringtechnologieën te combineren.

Vezelfotometrie is steeds populairder geworden onder neurowetenschappers als een handig hulpmiddel voor het vastleggen van genetisch gedefinieerde neuronale populaties bij zich gedragende dieren. De hersenen bestaan ​​uit verschillende neuronen, die informatie kunnen doorgeven via synaptische knooppunten of neurotransmitters. Het vermogen om neuronale activiteit of neurotransmitteractiviteit optogenetisch te manipuleren en te monitoren met celtypespecificiteit is onmisbaar voor neurowetenschappers om neurale circuits bij zich gedragende dieren te bestuderen. Het is echter een hele uitdaging om meerkleurenopname te combineren met optogenetica. Aangezien het excitatiespectrum van de veelgebruikte opsin-sensoren dicht bij het emissiespectrum van de GFP- en RFP-gebaseerde GEFI's ligt en gezien het feit dat het een hele uitdaging is om optogenetisch stimulatielicht volledig uit te filteren met milliwatt, zijn duidelijke artefacten van optogenetische stimulatie onvermijdelijk bij een zwak (pico watt) fluorescerend signaal tijdens het opnemen. Daarom ondersteunen de traditionele optische methoden momenteel alleen de monitoring van één type neuronale activiteit bij het toepassen van optogenetische manipulatie.

De auteurs van dit artikel rapporteren een volledig vezeltransmissie-fotometriesysteem voor gelijktijdige optogenetische manipulatie en meerkleurige opname van neuronale activiteiten en de afgifte van neurotransmitters in een vrij bewegend dier. Ze demonstreerden eerst succesvolle tweekleurige opname van neuronale Ca ²⁺ signalen en Dopamine-dynamiek in het NAc bij het leveren van een onverwachte beloning en de gelijktijdige optogenetische input van het stroomopwaartse ventrale tegmentale gebied, wat significante verschillen bestaat in het tijdsverloop voor beloning of responsintensiteit voor optogenetische input.

Door gebruik te maken van een op maat ontworpen multi-branch vezelbundel, kan het systeem gemakkelijk al het benodigde licht leveren met behulp van optische vezels, waardoor het systeem robuuster is voor gebruik in vrij gedragen experimentele contexten en tweekleurige opnames. Dit systeem heeft een uitstekende lichttransmissieprestatie dan het traditionele epi-fluorescentiesysteem. Bovendien waren er geen substantiële kanaaloverspraak of stimulatieartefacten voor gelijktijdige meerkleurenopname van neuronaal Ca ²⁺ signalen en neurotransmitterdynamiek en precieze optogenetische manipulaties bij vrij bewegende dieren. + Verder verkennen

Beter begrip van communicatie tussen neuronen in de hersenen