精炼optogenetic映射大脑突触连接的方法

优化optogenetic电路映射方法使测量功能与单神经元突触连接的决议

神经科学的基本问题是神经元网络和电路引起大脑功能,在这些连接中断会导致精神疾病和脑疾病。的发展光遗传学,研究人员可以研究特定神经元的功能来打开和关闭在各种条件下与光。

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翻译规则的功能组织神经回路需要知识识别类的神经元之间的突触连接,以及这些连接的强度和动力学。马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所的研究人员(MPFI)优化光遗传学映射的啮齿动物的大脑神经回路单一神经元的决议。

打开和关闭的神经回路

光遗传学是遗传学和光学技术相结合来控制神经活动,基于感光膜通道内的发现池塘藻类控制运动响应。当基因产生一个这样的感光膜通道,叫做脑细胞(杆),插入神经元和随后曝光,他们调节跨细胞膜的离子流动,增加神经元的活动。这允许科学家离散控制神经活动使用的光脉冲激活特定数量的神经元。

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光遗传学是用于映射连接通过刺激单个神经元在大脑中与光和记录电极附近的神经元的反应。在这种方式中,科学家们问假定的突触前神经元的刺激引起的反应假定的突触后神经元被电极监控。当杆插入神经元利用基因技术,然而,他们的表达发生在整个表面的神经元,从树突接收信息的部分神经元,神经元的轴突,部分发送信息。这一事实所对应表达并不局限于神经元的一个特定领域限制研究人员可以收集的信息和解释有关突触连接,因为它很难确定所对应的刺激产生的蛋白质位于神经元的胞体,或在轴突终末或其他细胞的树突,碰巧经过light-stimulated区域。

发表在eLife,研究人员,包括克里斯托弗·贝克博士和麦克莱恩博尔顿博士MPFI,描述他们如何优化optogenetic映射在大脑神经回路的方法。他们的改进方法使用光学技术来限制光刺激来定义盘状形状的叶绿体会深处活组织,结合遗传方法所对应的空间限制表达神经元的胞体和树突近端。空间限制对应表达式允许揭露的突触连接神经元的细胞体位于突触后细胞的树突,阻挡直接激活对应的树突。此外,它可以确保当光刺激是应用于一个特定的细胞,任何可靠地记录响应可以被分配给该细胞的活动,而不是其他细胞的轴突和树突的刺激,碰巧路过的光盘内的光刺激。这种方法是一种可靠的方式快速评估与单神经元突触连接决议也为其他实验涉及optogenetic操作提供了增强的特异性。

未来的发展方向

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博尔顿博士说,他们的目标是构建精确的地图揭示突触的功能连通性,没有失去信息,限制了目前光遗传学方法。评估神经回路通过光学刺激承诺揭示神经系统功能如何,如何修改经验,它是如何干扰神经或精神疾病的动物模型。“这种优化方法是简单和容易实现双光子显微镜标准,开放多种可能性的研究不仅在MPFI还为整个神经科学”领域,博尔顿博士说。

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马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所新闻稿

出版

贝克CAet al。在老鼠大脑细胞解决电路映射temporal-focused激发soma-targeted的脑细胞。eLife发表2016年8月15日。doi: 10.7554 / eLife.14193