| Optogenetic Stimulation and Recording of Primary Cultured Neurons with Spatiotemporal Control
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Author:
Date:
2017-06-20
[Abstract] We studied a network of cortical neurons in culture and developed an innovative optical device to stimulate optogenetically a large neuronal population with both spatial and temporal precision. We first describe how to culture primary neurons expressing channelrhodopsin. We then detail the optogenetic setup based on the workings of a fast Digital Light Processing (DLP) projector. The setup is able to stimulate tens to hundreds neurons with independent trains of light pulses that evoked action potentials with high temporal resolution. During photostimulation, network activity was monitored ...
[摘要] 我们研究了文化中的皮层神经元网络，并开发了一种创新的光学装置，以空间和时间精确度激发大量神经元。 我们首先描述如何培养表达channelorhodopsin的原代神经元。 然后，我们将根据快速数字光处理（DLP）投影机的工作原理来详细说明光遗传设置。 该设置能够用独立的光脉冲训练数十到数百个神经元，以高时间分辨率诱发动作电位。 在光刺激期间，使用多达4个神经元的膜片钳记录监测网络活动。 该实验非常适合研究复杂的网络动力学或生物过程，如神经元网络中的可塑性或体内平衡，当子群体由其特征（相关性，速率和大小）进行精细控制的不同刺激激活时。
【背景】光致遗传学提供以毫秒精度控制神经元活动的平均值。然而，神经元通常通过同时激活整个群体的光的闪光或通过在整个视野上的时间调制强度的光同时激活（Boyden等人，2005）。然而，存在几种空间调节光并已被用于使谷氨酸不起作用的方法（Nawrot等人，2009）或激活表达神经元的通道视紫质（ChR2）（Guo等人，2009）（用于审查刺激神经元的可用方法具有空间和时间分辨率参见Anselmi等人，2015）。
为了获得刺激的空间控制，第一种可能性是使用激光并将其光束快速移动到不同位置。例如，通过用声光偏转器偏转激光束已经实现了在不同树枝状位置处的谷蛋白解冻（Shoham等人，2005）。只有我们在有限的区域内足够缓慢地调节光强度，这个策略才可能是可行的。或者，可以使用相位或强度的光调制器来实现光的空间图案。基于相位调制的全息技术允许以三维空间精度获得图像，但是可以以仅100Hz的速率显示图案（Papagiakoumou等人，2010）。如果二维图案是足够的，则可以通过将投影仪或阵列的LED放置在样品的共轭平面中来简单地获得强度调制（Farah等人，2007; ...
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| Expression and Analysis of Flow-regulated Ion Channels in Xenopus Oocytes
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Author:
Date:
2017-04-20
[Abstract] Mechanically-gated ion channels play key roles in mechanotransduction, a process that translates physical forces into biological signals. Epithelial and endothelial cells are exposed to laminar shear stress (LSS), a tangential force exerted by flowing fluids against the wall of vessels and epithelia. The protocol outlined herein has been used to examine the response of ion channels expressed in Xenopus oocytes to LSS (Hoger et al., 2002; Carattino et al., 2004; Shi et al., 2006). The Xenopus oocyte is a reliable system that allows for the ...
[摘要] 机械门控离子通道在机械传导中起关键作用，这是将物理力量转化为生物信号的过程。 上皮细胞和内皮细胞暴露于层流剪切应力（LSS），这是通过流体流向血管壁和上皮细胞壁所施加的切向力。 本文概述的方案已用于检查在非洲爪蟾卵母细胞中表达的离子通道对LSS的反应（Hoger等，2002; Carattino等，2004; Shi等，2006）。 非洲爪蟾卵母细胞是允许离子通道和调节蛋白的表达和化学修饰的可靠系统（George等，1989; Palmer等，1990; Sheng等，2001; Carattino等，2003）。 因此，该技术适用于研究允许流激活通道响应LSS的分子机制。
【背景】排列血管的泌尿道和内皮细胞的上皮细胞经受移动流体引起的机械力。这些力是层流剪切应力（LSS），与管状结构壁相切的摩擦力，以及垂直于流动方向的周向拉伸。令人信服的证据表明，LSS是响应肾和血管管状结构的流动变化而观察到的生理反应的主要决定因素（Satlin等，2001; Liu等，2003; Weinbaum等，2010） 。在这些设置中，离子通道具有将流体剪切应力传递到生物信号中的重要作用（Ranade等，2015）。例如，在肾的远端肾单位中，Na +再吸收和K ...
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| Optogenetic Mapping of Synaptic Connections in Mouse Brain Slices to Define the Functional Connectome of Identified Neuronal Populations
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Author:
Date:
2017-01-05
[Abstract] Functional connectivity in a neural circuit is determined by the strength, incidence, and neurotransmitter nature of its connections (Chuhma, 2015). Using optogenetics the functional synaptic connections between an identified population of neurons and defined postsynaptic target neurons may be measured systematically in order to determine the functional connectome of that identified population. Here we describe the experimental protocol used to investigate the excitatory functional connectome of ventral midbrain dopamine neurons, mediated by glutamate cotransmission (Mingote et al., ...
[摘要] 神经回路中的功能连通性由其连接的强度，发病率和神经递质特性决定（Chuhma，2015）。使用光遗传学，可以系统地测量识别的神经元群体和定义的突触后靶神经元之间的功能性突触连接，以便确定该识别群体的功能性连接群。这里我们描述了用于研究由谷氨酸共转播介导的腹侧中脑多巴胺神经元的兴奋性功能性连接体的实验方案（Mingote等，2015）。通过将编码通道视紫红质（ChR2）的腺相关病毒（AAV）注射到DATIREScre小鼠的腹侧中脑中，使多巴胺神经元变得光敏。多巴胺合成酶酪氨酸羟化酶的免疫荧光证实ChR2表达在多巴胺神经元中的功效和特异性。然后，切片膜片钳记录由接受多巴胺神经元投影的区域中的神经元产生，并且确定兴奋性连接的发生率和强度。所有接受多巴胺神经元投射的区域的连接发生率和强度的总结构成功能性连接体。
【背景】为了建立特定神经回路的功能，有必要确定解剖连接，解剖连接的映射及其功能连接，连接的强度，发病率和神经递质性质的映射。使用单因素限制的病毒性突触后追踪技术，可以描述包括多巴胺系统在内的神经回路的复杂解剖连接（Callaway and Luo，2015; ...
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