Optical Read-out of Neural Activity in Mammalian Peripheral Axons: Calcium Signaling at Nodes of Ranvier.
Optical Read-out of Neural Activity in Mammalian Peripheral Axons: Calcium Signaling at Nodes of Ranvier.
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DOI：
10.1038/s41598-017-03541-y
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发表时间：
2017-07-18
影响因子：
4.6
通讯作者：
Weir RF
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fontaine AK;Gibson EA;Caldwell JH;Weir RF
目前的神经接口技术对于先进的修复和治疗应用具有严重的限制，主要是由于它们在神经通信中缺乏特异性。光遗传学方法具有通过光敏报告子和致动器的光学询问以微创方式提供单细胞/轴突解析的潜力。鉴于阅读周围神经系统中的神经活动的目的，这项工作已经调查了周围神经中的活动依赖性信号传导机制。我们证明动作电位诱发的钙信号在哺乳动物胫神经轴突使用体外小鼠模型与葡聚糖结合的荧光钙指示剂。空间和时间动态的信号，包括频率调制幅度的表征。药理学实验表明T型CaV通道和钠钙交换器（NCX）是钙内流的主要机制。这项工作显示了使用钙相关的光信号读出周围神经轴突的神经活动的潜力。
Current neural interface technologies have serious limitations for advanced prosthetic and therapeutic applications due primarily to their lack of specificity in neural communication. An optogenetic approach has the potential to provide single cell/axon resolution in a minimally invasive manner by optical interrogation of light-sensitive reporters and actuators. Given the aim of reading neural activity in the peripheral nervous system, this work has investigated an activity-dependent signaling mechanism in the peripheral nerve. We demonstrate action potential evoked calcium signals in mammalian tibial nerve axons using an in vitro mouse model with a dextran-conjugated fluorescent calcium indicator. Spatial and temporal dynamics of the signal are presented, including characterization of frequency-modulated amplitude. Pharmacological experiments implicate T-type CaV channels and sodium-calcium exchanger (NCX) as predominant mechanisms of calcium influx. This work shows the potential of using calcium-associated optical signals for neural activity read-out in peripheral nerve axons.
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