Probing brain network dynamics in freely behaving animals
探索自由行为动物的大脑网络动态
基本信息
- 批准号:RTI-2021-00094
- 负责人:
- 金额:$ 10.93万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Research Tools and Instruments
- 财政年份:2020
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2020-01-01 至 2021-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Over the past decade, neuroscience has seen an explosion of new techniques that leverage light-based tools to visualize and manipulate brain activity. Combined with powerful genetic methods that allow for targeted expression of light-based protein actuators or light-emitting activity reporters, the field now has the ability for a formerly unthinkable level of precision and insight into the working brain in freely behaving animals. We, and others at the University of Calgary have leveraged these approaches to gain new knowledge about social behavior, defensive responses to threat or control of brain blood flow. These insights have required the parallel development of data analysis pipelines, computational tools and machine learning approaches. This is global effort, but significant inroads are being made by researchers in Calgary.
Currently, we have the capacity to either: 1) record activity of cell populations in the brain using genetically expressed calcium indicators, such as GCaMP, that allow for the observation of calcium fluctuations in genetically identified cell populations, or: 2) manipulate activity, (discrete activation or inhibition of defined cell populations) using optogenetic approaches. Neural activity is recorded using miniature microscopes that allow for real-time activity readouts in a freely behaving animal at the resolution of a single sell. Activity is manipulated using implanted optical fibres that allow for the delivery of light at specific wavelengths to activate or inhibit cells. These parallel information streams offer important information but we cannot observe and manipulate cell activity in the same experiment, which means that linking the two approaches is inferential.
Here we request funding for two nVoke miniature microscopy systems that combine simultaneous activity sampling with manipulation in a single head-mounted unit. These will upgrade existing Inscopix miniature microscopes that have imaging only capabilities. As one example, we will use this equipment to record and perturb PVNCRH activity during social and defensive behaviors and allow us to determine whether discrete projections from specific PVNCRH neurons to one brain target mediate one behavior (social approach) vs another (defensive escape). This will provide new information that begins to advance and test ideas related to functional heterogeneity in PVNCRH populations and lead to more targeted manipulations of defensive, social and stress behaviors. The upgraded equipment will be housed in the CSM Optogenetics Core Facility where it will be under the oversight of trained staff scientists. This will also allow other research groups to access this equipment for other explorations linking brain circuits and behavior.
在过去的十年中,神经科学已经看到了利用基于光的工具来可视化和操纵大脑活动的新技术的爆炸。结合强大的遗传方法,允许基于光的蛋白质致动器或发光活动报告基因的靶向表达,该领域现在具有以前无法想象的精确度和洞察自由行为动物大脑工作的能力。我们和卡尔加里大学的其他人利用这些方法获得了关于社会行为、对威胁的防御反应或脑血流控制的新知识。这些见解需要并行开发数据分析管道,计算工具和机器学习方法。这是全球性的努力,但卡尔加里的研究人员正在取得重大进展。
目前,我们有能力:1)使用遗传表达的钙指示剂(例如GCaMP)记录脑中细胞群的活性,其允许观察遗传鉴定的细胞群中的钙波动,或2)使用光遗传学方法操纵活性(限定的细胞群的离散激活或抑制)。神经活动是使用微型显微镜记录的,这种显微镜可以在一个自由行为的动物身上以一次出售的分辨率实时读出活动。使用植入的光纤来操纵活性,该光纤允许以特定波长传递光以激活或抑制细胞。这些平行的信息流提供了重要的信息,但我们不能在同一个实验中观察和操纵细胞活动,这意味着将两种方法联系起来是推断性的。
在这里,我们要求资助两个nVoke微型显微镜系统,结合联合收割机在一个单一的头戴式单元操作的同时活动采样。这将升级现有的仅具有成像功能的Insopix微型显微镜。作为一个例子,我们将使用这种设备来记录和干扰PVNCRH活动在社会和防御行为,并允许我们确定是否离散的投射从特定的PVNCRH神经元到一个大脑目标介导一个行为(社会的做法)与另一个(防御性逃避)。这将提供新的信息,开始推进和测试与PVNCRH人群的功能异质性相关的想法,并导致更有针对性地操纵防御,社会和压力行为。升级后的设备将被安置在CSM光遗传学核心设施中,在那里它将受到训练有素的科学家的监督。这也将允许其他研究小组使用该设备进行其他探索,将大脑回路和行为联系起来。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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