Learning from model organism behaviour

其小巧的神经系统仅有302个神经元和8,000个突触连接,秀丽隐杆线虫是目前神经系统唯一被完全分析画出的动物。此外,虽然线虫体积小,但能产生丰富的资料库,包含简单和复杂等行为。因此,它也是解决神经科学极具挑战性的优质管道:揭开神经系统如何从环境中吸收信息,并导致任何行为来回应外界改变。

高分辨率呈像技术能够有效地呈现快速测量体积且持平的神经元呈像,以及能展现广泛神经元的转基因动物、基因编码过的钙指标和微流控芯片

搭配,能够结合所有大脑成像以及复杂感官刺激的图案,包括从化学刺激到温度或氧气改变等范围。

以下我们提供在微流控芯片装置里,转基因线虫展现广泛神经元以及基因编码过的钙荧光指标。荧光信号从GCaMP5K (NLS-GCaMP5K) 核心产生,这在核酸里有但神经纤维网里不存在的。为了瘫痪其肌肉和抑制动作,线虫先前已曝露于左旋咪唑 (levamisole) 下,这是一种特定的乙酰胆碱受体激动剂。设定好这种条件后,我们便能观察期望的实验性条件下的神经元活动(亦即曝露在特定化学刺激中)。尤其是,缩时摄影是利用 X-Light V3 共聚焦转盘进行,时长一小时,帧率为5秒。

X-light V3 成像

(尼康Plan Apo Lambda 20X air, 0.75NA)

3D 体积重建

我们使用的微流控芯片装置是Albrecht 和Bargmann(在特定空间和时间的化学环境下,秀丽隐杆线虫的高通量行为分析;Nat Methods 8(7):599–605, 2011)先前设计的翻版,并使用经典的软微影技术。微通道网络的模型是借由旋转50μm厚的SU-8 3050光刻胶涂层取得,在玻璃培养基上,使用传统光刻法来呈现管道图样。我们使用了单一高分辨率玻璃罩,微流控芯片网络有统一的50μm高度。在Su-8显影剂下发展后,测量仪有用高温度处理过。10:1的聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 混物合在SU-8模型上使用于铸造过程,并在80度下聚合一小时。PDMS层被剪掉,进入小通道用测量针头做印记,PDMS的单位用 氧等离子体 处理,粘在玻璃培养基上。

总结来说,高质量显微镜、微流控芯片和基因技术的结合,借由稳定解剖和功能连接间的基本关系,有办法揭开脑中神经及计算基础,以及作决定的过程。

由Viola Folli、 Davide Caprini、 Enrico Lanza和Silvia Schwartz提供样本

意大利科技学会 (IIT) CLNS@SAPIENZA Roma

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