Reliable optical detection of coherent neuronal activity in fast oscillating networks in vitro
Reliable optical detection of coherent neuronal activity in fast oscillating networks in vitro
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体外快速振荡网络中相干神经元活动的可靠光学检测
DOI：
10.1016/j.neuroimage.2011.12.018
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
5.7
通讯作者：
Both M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Reichinnek S;von Kameke A;Hagenston AM;Freitag E;Bading H;Hasan MT;Draguhn A;Both M
认知和行为功能取决于稳定神经元组件的激活，即神经元网络内分布的协同活动神经元组。因此，以单神经元分辨率实时监测分布式活动模式至关重要。微电极记录允许以高时间分辨率检测已识别单元的放电之间的一致性，但无法揭示多细胞组件中活动的完整空间模式。因此，观察这种分布式神经元组是光学技术的一个支柱，但所需的分辨率、灵敏度和速度仍然对当前技术构成挑战。在这里，我们报告了一种监测神经元组件的新方法，使用啮齿动物海马回路中与记忆相关的网络振荡作为模型。使用重组腺相关病毒 (rAAV) 介导的基因转移在培养的小鼠海马切片的 CA3 锥体神经元中表达胞质钙敏感荧光蛋白 GCaMP3.NES。培养 14-21 天后，场电位记录显示自发发生尖锐的波纹波网络事件，在此期间局部神经元的一部分被连贯地激活。使用定制的落射荧光显微镜，我们可以监控 410μm×410μm 的视野，具有单神经元光学分辨率（20×物镜，0.4 NA）。我们开发了一种高度灵敏且特定的基于小波的细胞识别方法，允许以高达 60Hz 的帧速率同时观察 150 多个神经元。我们的记录配置和图像分析提供了一种工具来研究海马体和其他回路中与认知相关的活动模式。
Cognitive and behavioral functions depend on the activation of stable neuronal assemblies, i.e. distributed groups of co-active neurons within neuronal networks. It is therefore crucial to monitor distributed patterns of activity in real time with single-neuron resolution. Microelectrode recordings allow detection of coincidence between discharges of identified units at high temporal resolution, but are not able to reveal the full spatial pattern of activity in multi-cellular assemblies. Therefore, observation of such distributed sets of neurons is a stronghold of optical techniques, but the required resolution, sensitivity, and speed are still challenging current technology. Here, we report a new approach for monitoring neuronal assemblies, using memory-related network oscillations in rodent hippocampal circuits as a model. The cytosolic calcium-sensitive fluorescent protein GCaMP3.NES was expressed using recombinant adeno-associated viral (rAAV)-mediated gene transfer in CA3 pyramidal neurons of cultured mouse hippocampal slices. After 14–21days in culture, field potential recordings revealed spontaneous occurrence of sharp wave-ripple network events during which a fraction of local neurons is coherently activated. Using a custom-built epi-fluorescence microscope we could monitor a field of view of 410μm×410μm with single-neuron optical resolution (20× objective, 0.4 NA). We developed a highly sensitive and specific wavelet-based method of cell identification allowing simultaneous observation of more than 150 neurons at frame rates of up to 60Hz. Our recording configuration and image analysis provide a tool to investigate cognition-related activity patterns in the hippocampus and other circuits.
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1.8
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通讯作者：
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DOI：
--
发表时间：
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影响因子：
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Buzsáki, G