NCS-FO: Imaging synaptic activity deep in the brain using super-resolution cannula microscopy

NCS-FO:使用超分辨率插管显微镜对大脑深处的突触活动进行成像

基本信息

  • 批准号:
    1533611
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Proposal # 1533611Institute: University of UtahTitle: NCS-FO: Imaging synaptic activity deep in the brain using super-resolution cannula microscopyObjective: This project will develop a tool for high-resolution (100-nm) imaging of synapses in freely moving animals for neuronal studies. It will accomplish this goal by the development and integration of compact and lightweight cannula microscopy with in vitro fluorescence imaging with accompanying technology and methodologies for imaging synapses.Non-Technical The long-term vision of this project is to image with high resolution deep inside the brain of freely moving mice using inexpensive technologies so as to elucidate the fundamental basis of information processing and memory. Changes in synaptic strength at specific synapses are thought to underlie memory encoding and storage, yet there is very little experimental evidence for this theory in the intact brain due to technical limitations of visualizing the specific synaptic pattern involved in experience-dependent learning. This project aims to overcome this limitation by transforming a simple, inexpensive cannula into a super-resolution fluorescence microscope. Commercialization of this technology will be pursued after the fundamental science and engineering has been demonstrated for widespread dissemination. Technical:The objective of this proposal is to image neuronal activity, neuron structure and protein localization deep in the brain with sub-100nm resolution using computational cannula microscopy (CM) and novel molecular reporters of synaptic activity. CM will allow imaging of the brain in awake, freely moving animals at unprecedented spatial resolution. Current techniques in freely moving animals are limited to imaging the brain near the surface, include large and heavy head stages with moving parts, and cannot penetrate deep into the brain without significant damage to surrounding tissue. The ultimate goal of this proposal is to allow imaging of individual synapses in freely moving animals. We have already developed the framework for in vitro fluorescence imaging using CM. During this project, we will extend CM to enable: (1) super-resolution ( 100nm resolution) fluorescence microscopy and (2) deep-brain imaging (depth 1mm) with the vision of imaging activity and protein localization in individual synapses in the deep brain of freely moving animals. Changes in the strength of individual synapses are thought to underlie learning and memory in the brain, yet this fundamental theory of brain function lacks tangible experimental evidence to support it in vivo. Our project will enable studies that address the causal role of molecular events at individual synapses in mediating behavior and information processing.
提案#1533611研究所:犹他大学标题:NCS-FO:使用超分辨率套管显微镜成像大脑深处的突触活动目的:本项目将开发一种用于神经元研究的自由运动动物突触高分辨率(100 nm)成像工具。该项目将通过开发和整合紧凑、轻便的套管显微镜和体外荧光成像技术以及相应的突触成像技术和方法来实现这一目标。非技术性本项目的长期愿景是使用廉价技术对自由运动的小鼠大脑内部进行高分辨率成像,以阐明信息处理和记忆的基本基础。特定突触的突触强度变化被认为是记忆编码和存储的基础,但由于可视化经验依赖性学习中涉及的特定突触模式的技术限制,在完整大脑中几乎没有实验证据支持这一理论。该项目旨在通过将一个简单,廉价的套管转换为超分辨率荧光显微镜来克服这一限制。这项技术的商业化将在基础科学和工程学证明可广泛传播之后进行。技术:该提案的目的是使用计算套管显微镜(CM)和突触活动的新型分子报告者,以低于100 nm的分辨率对大脑深处的神经元活动,神经元结构和蛋白质定位进行成像。CM将允许以前所未有的空间分辨率对清醒、自由运动的动物的大脑进行成像。目前在自由移动的动物中的技术仅限于在表面附近对大脑进行成像,包括具有移动部件的大而重的头部阶段,并且不能在不对周围组织造成显著损伤的情况下深入大脑。这项提案的最终目标是允许对自由运动动物的单个突触进行成像。我们已经开发了使用CM的体外荧光成像的框架。在该项目中,我们将扩展CM以实现:(1)超分辨率(100 nm分辨率)荧光显微镜和(2)脑深部成像(深度1 mm),其具有自由移动动物脑深部单个突触中的成像活动和蛋白质定位的视觉。单个突触强度的变化被认为是大脑学习和记忆的基础,但这一大脑功能的基本理论缺乏具体的实验证据来支持它。我们的项目将使研究,解决在介导行为和信息处理的个别突触的分子事件的因果作用。

项目成果

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