Optojenetik frekans degoutans nan ipokanp Theta osilasyon disoye travay memwa rekipere nan kòd espas-temporal ipokanp Pati 3

Optogenetik ritm newòn MS mennen nan senkroni ki pa fizyolojik theta

Etonan, eksitasyon optogenetik 8 Hz ki asosye ak ritm osilasyon theta te mennen nan diminye pèfòmans lè yo aplike pandan swa kodaj oswa rekipere memwa epizod nan travay NPOR la, osi byen ke espasyal travay memwa rekipere nan DNMTStask la. Pou plis konprann efè yo nan ritm theta sou ipokanpfizyoloji, nou analize faz bloke osilasyon theta anvan ak pandan 8 Hz stimulation optogenetic (Siplemantè Fig. 7a) epi nou jwenn ke eksitasyon sa yo te mennen nan ogmante faz senkronik atravè epòk stimulation (Siplemantè Fig. 7b). Anplis de sa, nou analize korelasyon kwa nan osilasyon theta atravè dorsal CA1 (~ 1 mm distans ant elektwòd sou aks septotemporal la (figi siplemantè 7c) epi nou te jwenn ke ritm theta ritm nan 8 Hzled nan yon korelasyon kwa ogmante ant de elektwòd sa yo ( Figi siplemantè 7d).

Jenetik se syans ki etidye eritaj jenetik ak varyasyon, epi memwa se yon aspè ki gen gwo enkyetid. Se konsa, kisa jenetik gen pou wè ak memwa? Atik sa a pral eksplore pwoblèm ki gen rapò ak memwa nan yon pèspektiv jenetik.

Premye a tout, nou konnen jèn jenetik yo se baz pou devlopman fizik ak entelektyèl imen, epi si jèn sa yo siperyè pral afekte memwa moun. Dènye rechèch la montre ke IQ ak memwa moun yo afekte pa faktè jenetik. Rechèch montre ke jèn jenetik jwe yon wòl enpòtan nan entèlijans ak memwa. Se poutèt sa, gen kèk moun ki fèt ak memwa pi fò, pandan ke lòt moun bezwen travay di epi antrene pou amelyore memwa yo.

Dezyèmman, faktè anviwònman yo se faktè enpòtan tou nan devlopman memwa. Nou pa sèlman bezwen sipò jèn jenetik, men tou nou bezwen amelyore memwa nou atravè fòmasyon syantifik ak bon abitid k ap viv. Pa egzanp, nou ka ensiste sou fè egzèsis chak jou, dòmi ase, swiv prensip matche manje, elatriye, ki ka ede amelyore fonksyon sèvo nou an ak memwa.

Finalman, moun òdinè, pa mete aksan sou enfliyans nan faktè jenetik sou devlopman memwa. Paske faktè jenetik yo pa absoli, memwa ak entèlijans moun ka toujou amelyore tèt yo lè yo amelyore efò yo ak fòmasyon. Nou ta dwe toujou kenbe yon atitid aprantisaj pozitif ak kontinyèl, epi toujou ap eksplore ak devlope potansyèl memwa nou an. Mwen kwè ke sèlman nan fason sa a nou ka vin pi entelijan epi gen yon sans plis nan akonplisman. An rezime, relasyon ki genyen ant jenetik ak memwa se trè pre, men nou pa ta dwe mete aksan sou faktè jenetik, men nou ta dwe toujou ap amelyore memwa nou ak entèlijans atravè amelyorasyon pwòp tèt ou ak fòmasyon.

Li ka wè ke nou bezwen amelyore memwa nou an. Cistanche deserticola ka siyifikativman amelyore memwa paske Cistanche deserticola se yon materyèl tradisyonèl Chinwa medsin ak anpil efè inik, youn nan yo se amelyore memwa. Efikasite vyann mens soti nan divès engredyan aktif li genyen ladan l, ki gen ladan asid, polisakarid, flavonoid, elatriye engredyan sa yo ka ankouraje sante nan sèvo nan divès fason.

Klike sou konnen 10 fason pou amelyore memwa

Diskisyon

Within the septohippocampal system, the exact causal relationships between (1) MS activity, (2) hippocampal oscillations, (3) hippocampal neuron activity, and (4) behavior, including memory, remain an active area of research. In particular, whether and how the MS supports encoding of place and time in the hippocampus, as well as its specific contribution to memory function, remain unclear. Here, we leveraged more recent techniques that allowed us to record >1000 newòn pandan y ap fè eksitasyon optogenetik nan MS newòn ak yon rezolisyon sub-segondè pou kontwole ritm theta ak evalye wòl yo nan fizyoloji ipokanp ak memwa. Sa ki enpòtan, lè l sèvi avèk yon eksitatoryopsin ak swa grenpe oswa 8 Hz stimulation, nou te kapab aboli ak djanm aboli oswa ritm ipokanp theta, respektivman.

Konpare ak anpèchman MS lè l sèvi avèk swa yon opsin inhibitor oswa konpoze farmakolojik (egzanp muscimol), apwòch nou an pèmèt konparezon nan de eta opoze (ritm vs abolishedtheta) pandan y ap kenbe nivo aktivite nan selil MS-PV. Nou konbine travay tras lineyè atone-cued ki, ansanm ak apwòch teyorik enfòmasyon, pèmèt nou dekonpoze kòd espasyal ak tanporèl ipokanp yo. Metòd sa a soulaje nesesite pou papòt abitrè, sa ki pèmèt yon apwòch estanda pou imajinalysis kalsyòm. Pandan ke yon gwo pòsyon nan newòn piramidal CA1 eksprime yon melanj de kòd spatiotemporal, nou konsantre analiz nou yo sou newònstuned espesyalman nan plas, tan, oswa distans vwayaje.

Pandan ke yo te envestige kodaj espasyal anpil nan CA1, kòd tanporèl ak distans dènyèman te genyen plis enterè. Temporal28,35-37 ak distans37 kòd yo te ekstrè pa clampingvisuospatial siyal oswa ekstrè analyse lè l sèvi avèk linemodèl jeneralize nan paradigm reyalite vityèl26,27,38. Isit la, nou pwopoze yon apwòch pou dekonekte kòd espasyal, tanporèl, ak distans lè l sèvi avèk yon apwòch teyorik enfòmasyon ki, ansanm ak travay altènativ nou an, pèmèt analiz la nan mond reyèl la espas tanporèl ak kòd multiplexed nan bèt k ap deplase lib. Yon gwo kantite newòn CA1pyramidal kode enfòmasyon multiplex sou kote, distans, ak tan jan yo te rapòte deja26,27,38 anplis de siyal pwòp tèt ou tankou akselerasyon, vitès, ak oryantasyon60.

Nou te jwenn ke dekouraje frekans ak eksitasyon optogenetic 8 Hz te aboli drastikman oswa ritm theta, respektivman, epi li te mennen nan diminye aktivite jeneral nan yon sou-popilasyon selil piramidal CA1 pandan y ap pa lakòz chanjman enpòtan nan aktivite selil plas, menm jan ak rapò anvan yo te itilize swa pharmacological inhibition36, 46,47 oswa optogenetic9,48 ritm MS oswa entrée septal nan ipokanp la. Kòm yo konnen newòn MS yo se chofè prensipal osilasyon ipokanp yo, nou te espere ke eksitasyon MS ta asosye ak aktivite selil disranje tan oswa distans nan kondisyon nan ritm theta redwi, men pa gen okenn chanjman ki te fèt lè theta te aboli oswa ritm. Anplis de sa, ritm osilasyon ipokanp yo a 8 Hz pa t mennen nan chanjman nan kalite kòd espasyal jan yo te rapòte deja9 epi yo pa t chanje kòd tanporèl jan yo obsève nan paradigm konpòtman nou an.

Malgre ke yo te rapòte ke tan (men se pa kote) selil yo te kapab depann dirèkteman sou entorhinal cortical medial (MEC) entrées61, dènye prèv eksperimantal sijere ke blesi MEC pa mennen nan okenn chanjman nan fizyoloji selil tan ipokanp yo62. Miyò, envestigasyon pi resan yo te jwenn ke ritm optogenetik MS la pa deranje kòd espasyal selil kadriyaj yo nan entorhinalcortex63, plis sijere ke aktivite MS pa dirèkteman enplike nan kòd espasyal nan fòmasyon ipokanp lan. Ansanm ak rezilta nou yo, sa endike ke kòd tanporèl ta ka swa rezilta nan kalkil MS-depandan nan entorhinalcortex63 (1) oswa yo dwe pwodwi intrinsèqueman nan ipokanp nan tèt li (2).

Pandan ke etid bonè yo te jwenn ke MS a te jwe yon wòl esansyèl nan kenbe selil tan yo ak sipòte memwa k ap travay36, prèv resèksperimantal yo montre ke kontribisyon an egzak nan selil tan yo nan pèfòmans memwa travay yo ta ka mwens pase te panse anvan62. Piske MS-PV newòn yo gen anpil chans kenbe nivo aktivite enpòtan pandan eksitasyon optogenetic dekouraje frekans (kontrèman ak apwòch anpèchman), rezilta nou yo fòtman sipòte wòl nan aktivite septal ak presizyon kwonometre nan sipòte memwa k ap travay, ashypothesized deja. Malgre ke nou te obsève diminye pèfòmans memwa lè w ap itilize eksitasyon optogenetic pandan rekipere, eksitasyon pandan faz kodaj travay DNMTS yo pa te asosye ak memwa redwi nan travay DNMTS la. Apante thetaoscillations nan 8 Hz pandan swa kodaj oswa faz rekiperasyon nan travay NOPR te mennen nan rekiperasyon memwa ki gen pwoblèm. Analiz elektwofizyolojik nou yo plis revele ke eksitasyon sa a te lakòz rejyon byen lwen nan dorsal CA1 yo dwe antrene nan menm faz la, ak bloke faz ki pa fizyolojik. Pandan ke nou pa t 'direkteman mennen ankèt sou relasyon kozatif ant chanjman faz ak pèfòmans memwa, spiketiming, ak presesyon faz yo te jwenn tou ki asosye ak fonksyon memwa k ap travay malgre kite kote codingintact64. Anplis, faz bloke newòn piramidal nan thetaoscillations te deja montre yo dwe yon prediktè nan pèfòmans memwa65.

Miyò, yon limit nan apwòch nou an pou etabli pwopriyete tanporèl ak distans akor se ke li mande pou kat fwa plis echantiyon pase yon track lineyè regilye ki ogmante chans yo ofphotobleaching lè ajoute kondisyon eksitasyon nan delè eksperimantal la. Pandan ke nou te jwenn ke kòd espasyal yo rete pa afekte pa eksitasyon optogenetic nan menm sesyon an, pyès ki nan konpitè D 'pi resan ki gen ladan detèktè ak sansiblite ogmante ta ka ede anpeche fotoblanchi epi pèmèt pou sesyon anrejistreman pi long, kidonk echantiyon nan selil tanporèl ak distans ansanm ak eksitasyon. Nou menm tou nou te jwenn ke pisin lan nan newòn ki siyifikativman ak espesyalman kode yon sèl varyab se ti an konparezon ak kantite newòn konjonktif, ki fè echantiyon pou newòn sa yo trè espesifik pi wo.

Nou bay prèv eksperimantal ke manipilasyon MS pa chanje vitès lokomotè a e ke, kontrèman, vitès lokomotè dikte frekans theta. Menmsi kote yo ak kòd tan yo te konsève pandan eksitasyon MS nou yo, yon pòsyon (~6%) selil yo te modil dirèkteman e yo te kapab konte pou pwoblèm memwa yo obsève nan analiz konpòtman nou yo. Yo te rapòte deja PV entèneuron nan ipokanp yo fè pati yon mikrosikwi esansyèl nan reglemante konsolidasyon memwa66,67, epi manipilasyon optogenetic nou yo ta ka asosye ak silans yon pòsyon nan selil sa yo. Anplis, byenke nou pa t 'obsève chanjman nan gwoup frekans lòt pase theta, nou pa ka eskli ke CA1 pyramidalneuron spike timing ta ka chanje drastikman lè osilasyon scrambletheta, pandan y ap 8 Hz eksitasyon yo te montre yo pa lakòz aktivite ipokanp ogmante18, ki ta ka eksplike efè diferans nan. modèl eksitasyon sa yo sou pèfòmans memwa k ap travay. Defisyans memwa nou te obsève yo te gen anpil chans ki pa kolinerjik: premyèman, nan eksperyans imunohistolojik nou yo, nou te jwenn prèske pa gen okenn ekspresyon nan ChrimsonR nan newòn ChAT nan MS la. ChAT newòn yo asosye ak riplefrequency redwi45,57. ChrimsonR transfèksyon MS VGLUT2 newòn yo tou pa fasil paske deklanchman newòn sa yo asosye ak yon ogmantasyon dirèk nan aktivite lokomotè 68, ke nou pa t obsève.

Malgre ke aranjman tanporèl egzak nan Spikes piramidal CA1 te kapab eksplike, omwen pasyèlman, efè eksitasyon MS sou memwa, mekanis altènatif yo ta dwe pran an konsiderasyon. Miyò, anplis ipokanp la ak cortical entorhinal, MS PVneurons pwojè nan cortical retrosplenial3 e li kapab responsab kèk nan pwoblèm memwa yo obsève isit la.

An rezime, lè l sèvi avèk imaj kalsyòm, optogenetics, ak elektwofizyoloji, nou te jwenn ke ritm theta yo ka ritm oswa aboli lè l sèvi avèk eksitasyon nan MS la. Eksitasyon sa yo afekte rekiperasyon memwa epizòd ak travay. Efè sa yo pa te kolinerjik epi yo pa deranje aktivite rid ipokanp lan. Finalman, pandan ke yon ti fraksyon nan newòn ipokanp reponn dirèkteman nan optogeneticstimulation nan MS la, kote, tan, ak selil distans pa te deranje pa manipilasyon nan osilasyon theta. Ansanm rezilta sa yo sigjere ke pandan ke MS opinyon nan ipokanp la jwe yon wòl esansyèl nan memwa, kòd multiplexed nan newòn piramidal CA1 pa ta ka substra dirèk pou fonksyon sa yo.

Metòd

Bèt

Tout pwosedi yo te apwouve pa McGill University Animal CareCommittee ak Konsèy Kanadyen pou Swen Animal (pwotokòl 2015-7650). Yon total de n=41 gason (n=20) ak fi (n=21) 8–16 semèn, B6;129P2 PV-Cre sourit (Jackson Laboratory, RRID: IMSR{{ 10}}JAX:017320) yo te itilize nan etid sa a. n=5 sourit yo te itilize pou konbine optogenetics ak imaj kalsyòm; n=3 sourit yo te enplante pou imaj kalsyòm, optogenetics, ak kontwòl elektwofizyolojik; n=4 sourit yo te itilize nan etid elektwofizyolojik; n=29 sourit yo te transfekte ak enplante pou analiz konpòtman. Sourit yo te loje endividyèlman sou 12-h sik limyè/fè nwa nan 22 degre ak 40% imidite ak manje ak dlo ak libitum. Tout eksperyans yo te fèt pandan pòsyon limyè nan sik limyè/fè nwa a.

Vektè viral ki asosye ak adeno

Adeno-asosye viris AAV5.CamKII.GCaMP6f.WPRE.SV40 (Addgene # 100834, jwenn nan University of Pennsylvania Vector Core) te itilize nan tout eksperyans D 'kalsyòm. Adeno-asosye viris (AAV) nan serotip dj (kapsid ibrid ki te kreye nan uit diferan AAVserotypes) AAVdj-hSyn-ChrimsonR-tdTomato yo te jwenn nan TheVector Core Facility nan Oregon Health and Science University nan Portland, Oregon. Malgre ke li se yon jèn nan kay, nou pa t obsève transfeksyon nan selil kolinerjik (gade "Rezilta" ak Fig. 2b-e).

Pwosedi chirijikal

Sourit yo te anestezi ak isoflurane (5% endiksyon, 0.5-1% antretyen) epi yo mete yo nan yon ankadreman estereyotaksik (David Kopf Instruments). Yo te kenbe tanperati kò a ak yon kousinen chofaj, je yo te idrate ak jèl (Optixcare) , ak Carprofen (10 ml / kg) te administre anba lar. Zo bwa tèt la te konplètman efase nan tout tisi konjonktif epi yo te fè ti kranyotomi lè l sèvi avèk yon dentaldrill pou piki ki vin apre oswa implant.

Piki viral. Tout piki viral yo te fèt lè l sèvi avèk yon pipèt vè ki konekte ak yon enjektè Nanoject III (Drummond). 500 nl nan AAVdjhSyn-ChrimsonR-tdTomato (oswa kontwòl eYFP) te lage nan theMS a yon vitès 1 nL/s, nan kowòdone sa yo ki baze sou atlas estereyotaksik referans sourit69 (distans soti nan Bregma nan mm): anteroposterior (AP) 0.85, mediolateral (ML) 0, dorsoventral (DV) -4.50 itilize yon ang 5 degre nan avyon an ML. Apre operasyon an, bèt yo te kontwole jiskaske rekiperasyon an.

Enplantasyon fib optik. De semèn apre piki, sourit yo te anestezi pou enplantasyon apre menm pwosedi chirijikal la. A200 μm dyamèt fib optik ak férule seramik (Thorlabs) te implanted nan menm kowòdone yo. Enplantasyon yo te simante an plas ak C&B-Metabond® (Patterson dantè). Nwa klou polish te aplike sou siman dantè a pou bloke emisyon limyè pandan optogeneticstimulation.

Enplantasyon elektwòd. Yon etalaj de 7 mikwo-elektwòd tengstèn (~1 MΩimpedans) te bese nan dorsal CA1 ki kouvri nan stratumpyramidale (pyr), stratum radiatum (rad), ak stratum lacunosummoleculare (lm). Vis ki te plase nan zo a anlè cortèks devan ak serebeleu te sèvi kòm tè ak referans, respektivman. Apre elektwòd, tè, ak plasman referans, siman dantè te aplike pou an sekirite implant la pou tout tan nan zo bwa tèt la.

Enplantasyon pou imaj kalsyòm. Nou enjekte AAV5.CamKII.GCaMP6fvirus (200 nL nan 1 nl s-1) nan ipokanp CA1 lè l sèvi avèk kowòdone sa yo: anteroposterior (AP) - 1.86 mm soti nan bregma, mediolateral (ML) 1.5 mm, dorsoventral. (DV) 1.5 mm. De semèn apre piki a, sourit yo te anestezi ak isoflurane epi zo bwa tèt la te netwaye. A<2 mm diameter craniotomy was performed in the skull above the injection site. An anchor screw was placed on the posterior plate above the cerebellum. The dura was removed, and the portion of the cortex above the injection site was aspirated using a vacuum pump until the corpus callosum was visible. These fiber bundles were then gently aspirated without applying pressure on the underlying hippocampus, and a 1.8 mm diameter gradient index (GRIN; Edmund Optics) lens was lowered at the following coordinates: AP − 1.86 mm from bregma, ML 1.5 mm, DV 1.2 mm. The GRIN lens was permanently attached to the skull using C&B-Metabond (Patterson Dental), and Kwik-Sil (World Precision Instruments) silicone adhesive was placed on the GRIN to protect it. Four weeks later, the silicone cap was removed and CA1 was imaged using a miniscope mounted with an aluminum base plate while mice were under light anesthesia (<0.5% isoflurane) to allow the visualization of cell activity. When a satisfying field of view was found (large neuronal assembly, visible landmarks), the base plate was cemented above the GRIN lens, the mini scope was removed, and a plastic cap was placed on the base plate to protect the GRIN lens.

Similtane imaj kalsyòm ak anrejistreman elektwofizyolojik. Pou kontwole efè enplantasyon GRIN sou theta ipokanp yo ansanm ak diskisyon kwa ant limyè eksitasyon mini ak optogenetic, nou tache mikwo-elektwòd tengstèn nan lantiy GRIN. Pou sa, nou mete lantiy GRIN orizontal anba yon mikwoskòp agrandisman ki ba nan yon anviwònman san pousyè. Yon mikwo-elektwo tengstèn te plase dousman sou kwen anlè lantiy GRIN la lè l sèvi avèk yon mikromanipulateur. Nou itilize dyamèt lantiy GRIN la li te ye kòm inite referans pou estime pwotrusion an vle nan elektwòd la (~50 µm, plis evalye nimerik apre yo fin pran yon mikrofoto nan preparasyon an) pa kowòdone implantasyon nou te planifye. Ti kantite (~50 µL) nan superglue te depoze sou kwen anlè nan lantiy GRIN la ak elektwòd la an plas epi kite sèk pou ~ 10 minit, anvan ou aplike pwochen kouch lakòl la. Yo te itilize senk kouch mens pou kenbe elektwòd la tache ak lantiy GRIN la. Apre enplantasyon asanble GRIN-elektwòd sa yo lè l sèvi avèk pwotokòl ki dekri pi wo a, fil ki vle pèse anvlòp yo te dousman koube epi kache anba yon bouchon pwoteksyon (1-1.5 cm wotè) rekipere nan pwa nan pipèt aspirasyon manyèl kòm yon ranplasman pou Kwik-Sil.

In vivo pwosedi konpòtman

Abitiyasyon. Sourit yo te dousman okipe pou ~ 5 min sou yon semèn, ak abitid pwogresif nan pwosedi a branche (fib optik, miniskòp, ak elektwofizyolojik pre-anplifye tethers). Lè sa a, bèt yo te pwograme dlo (2 èdtan aksè pou chak jou).

Anrejistreman miniskòp. Miniscopes (V3) yo te rasanble lè l sèvi avèk enstriksyon sous louvri (miniscope.org). Done imaj yo te akeri lè l sèvi avèk yon Capteur D CMOS (Aptina, MT9V032) ak multiplexed atravè yon kab kowaksyal ki lejè. Done yo te akeri lè l sèvi avèk yon bwat done akizisyon (DAQ) ki konekte atravè yon kontwolè lame USB (Cypress, CYUSB3013). Yo te anrejistre konpòtman bèt lè l sèvi avèk yon webcam (Logitech) konsomatè-klas ki monte anwo anviwònman an. Kalsyòm ak done konpòtman yo te anrejistre lè l sèvi avèk miniscope.org, sous DAQ customacquisition lojisyèl. DAQ a an menm tan akeri kouran imaj konpòtman ak selilè nan 30 Hz kòm dosye uncompressed.avi 1000frames pou 15-minit sesyon anrejistreman, ansanm ak timestamps korespondan yo pou pèmèt aliyman tanporèl egzak nan done imaj konpòtman ak kalsyòm.

Anrejistreman elektwofizyolojik nan vivo. Apre 1 semèn nan rekiperasyon apre operasyon ak yon semèn nan abitye nan konfigirasyon an tethering, LFP soti nan sourit implanté yo te anrejistre. Tout siyal anrejistre nan elektwòd implanted yo te anplifye pa tether pre-anplifikatè a anvan yo te nimerik nan 22 kHz lè l sèvi avèk yon sistèm anrejistreman dijital (Neuralynx, USA). Anrejistreman chak siyal chanèl yo te sove ansanm ak anrejistreman videyo ak siyal TTL ki soti nan dyod lazè a pou analiz apre.

Eksitasyon optogenetic. Eksitasyon lazè te delivre nan yon kòd optik (200 μm dyamèt) lè l sèvi avèk yon limyè lazè dyod fib (Lantiy Dorik). Entansite limyè te kalibre ak longèdonn korije lè l sèvi avèk Power Meter Bundle la ak PM100D Consoleand S130C Slim Photodiode Sensorlight (Thorlabs). Chak eksitasyon ritm (ki gen ladan 8 Hz) te fèt lè l sèvi avèk 5 ms pulsasyon kare. Pou aplike eksitasyon limyè grenpe, nou te itilize yon mikwo-kontwolè Arduino pou jenere yon siyal osilasyon bri blan dirèkteman manje nan analoginput chofè dyod lazè a. Pou fè eksitasyon frekans chwazi owaza, nou te itilize yon pwotokòl estanda 5 s ON, 5 s OFF, men pou chak epòk eksitasyon, nou te itilize yon mikrokontroleur Arduino pou chwazi yon frekans eksitasyon nan gwoup theta. Lè w ap aplike eksitasyon optogenetik pandan konpòtman an, yo te mete yon moso ki lach nan tib retresi chalè alantou junction ant kòd patch la ak implant sourit la pou limite emisyon limyè vizib. Entansite limyè yo eksprime kòm pouvwa nominal, jan yo mezire nan pwent asanble implant-kòd fib optik la (anvan plasman chirijikal), epi korije pou longèdonn ki apwopriye a.

Esay konpòtman

Sekansyèl ton lineyè tras. Sourit yo te pwograme dlo epi yo te kapab jwenn dlo sèlman pou 2 èdtan pa jou ant 6 pm ak 8 pm Pou dekonekte kòd espasyal, tanporèl ak distans, nou bati yon tras lineyè 134 cm nan longè lè l sèvi avèk brik Lego® gri mwayen, ki pèmèt modifikasyon ak aplikasyon fasil san an. bezwen pou pèmanan modifye estrikti nan labirent la. Detèktè piroelektrik yo te mete nan chak fen nan tras lineyè a epi yo te konekte ak yon mikrokontroleur Arduino. Chak deteksyon deklanche yon nouvo ton nan sekans, ki endike pwogrè a pou livrezon an. Ton sa yo te itilize ak delivre lè l sèvi avèk oratè apiezo: 1 s bip nan 2000 Hz, 250 ms bip nan 3000 Hz, ak ton kontinyèl nan 4000 Hz. Lè dènye ton kontinyèl la te deklanche, yo te bay yon rekonpans (10% sikwoz nan dlo) nan fen tras lineyè a nan bouchon yon tib Falcon 15 mL. Chanjman nan direksyon kouri anvan deklanche ton an te konsidere kòm erè epi yo pa deklanche livrezon rekonpans. Pèfòmans yo te mezire kantite esè kòrèk (ki pa gen okenn erè) divize pa kantite esè total.

Nouvo rekonesans kote objè. Nan premye jou a, sourit yo te pèmèt yo eksplore gratis yon jaden 45 × 45 cm gri fonse ki te genyen siy vizyèl (gwo griyaj blan orizontal ak vètikal) sou mi li yo pou 10 minit. Nan dezyèm jou a, de objè ki idantik (baz men ede) yo te prezante pou 10 minit. Sou twazyèm jou a, sourit yo te pèmèt yo eksplore menm jaden an louvri pandan y ap kote youn nan de objè yo te deplase. Pou kontwole potansyèl preferans espasyal, tou de pozisyon inisyal la, ansanm ak pozisyon deplase nan objè yo te randomized. Sourit yo te atribiye yon lòd tès o aza ki te rete idantik pandan twa jou tès yo. Konpòtman yo te anrejistre ak yon kamera videyo (Logitech) epi analize offline. Yo te fè analiz konpòtman avèg nan jenotip la ak tretman.Objè eksplorasyon yo te defini kòm epòk kote sourit gen nen yo nan 1 cm nan yon objè. RI te kalkile kòm sa ki annapre yo:

Otomatik reta ki pa matche ak echantiyon travay. Sourit yo te pwograme dlo ak antrene nan yon T-labirent kontinyèl nan yon travay reta ki pa matche ak echantiyon. Yon ti tan, chak jijman te divize an de faz: echantiyon ak tès. Nan faz echantiyon an, yon bra te bloke ak sourit yo te fòse yo eksplore bra opoze a, kote yo te resevwa yon rekonpans 50 µL nan 10% sikwoz dlo. Apre yo fin ranpli faz echantiyon an, sourit yo te sibi yon reta (10 s) nan lòj la kòmanse. Lè sa a, pandan faz tès la, tou de bra yo te kapab eksplore, men se sèlman bra opoze a (enkouraje) appâts pou sourit yo te oblije altènatif kote ant echantiyon an ak faz tès la. Sourit yo te sibi 10 esè (echantiyon + tès) pou chak jou, pou 10 jou youn apre lòt, epi yo te kalkile siksè chak jou kòm kantite esè kòrèk divize pa kantite total esè.

Analiz istolojik post-mortem

Apre yo te fin fè tès konpòtman an, sourit yo te pwofondman anestezi ak yon melanj de ketamin/xylazine/acepromazine (100, 16, 3 mg/kg, respektivman, piki entraperitoneal) ak perfused transcardially with 4% paraformaldehyde (PFA) nan PBS. Sèvo yo te ekstrè ak postfix lannwit lan nan PFA nan 4 degre epi imedyatman lave nan PBS pou yon lòt 24 èdtan nan 4 degre. Sèvo ak seksyon yo te kriyopwoteje nan yon solisyon 30% ethylene glycol, 30% glycerol, ak 40% PBS jiskaske yo itilize. (kote elektwòd, imunohistochimi).

Imunohistoloji. Sèvi ak yon tib nan seksyon sèvo kolekte (25% echantiyon) pou chak analiz, seksyon yo te lave pou 3 × 5 min nan PBS pou retire solisyon kriyoprotektif la. Seksyon yo te enkube lannwit lan ak PGT (0.45% Jelatin ak 0.25% Triton nan PBS) nan 4 degre. Apre sa, tranch yo te enkube ak antikò prensipal: swa 1:200 goatanti-choline-acetyl -transferase soti nan Millipore oswa 1:500 sourit anti-PVmonoclonal IgG1 soti nan Sigma-Aldrich nan PGT nan tanperati chanm pou 48 èdtan oswa 2 èdtan respektivman. Apre lave 10, 20, ak 30 minit, yo te enkube seksyon yo ak antikò segondè [1:2000 bourik anti-kabrit makonnen ak Alexa 488 oswa 1:500 kabrit anti-sourit IgG1 makonnen ak Alexa 488 (Life Technologies)] nan PGT pou 45 min. Apre 10,20, ak 30 min lave nan PBS, seksyon yo te monte sou glisad vè ak kouvri nèt ak Fluoromount mountingmedium ki gen DAPI. Se sèlman sourit ki gen plas histolojikman konfime nan enplantasyon yo te enkli nan etid sa a. Pou GRINlenses, sifas lantiy la te dwe<100 µm above stratum pyramidale, and GCaMP6f expression was validated using fluorescence microscopy. Electrophysiological implants had to include at least one microelectrode in CA1 stratum radiatum or stratum pyramidale. Finally, the tips of fiber optics had to be within 100 µm of the MS region, and proper construct expression was assessed using fluorescence microscopy.

Analiz done

Except for analyses of SWRs and the explicit impact of locomotion on physiological recordings, electrophysiological and calcium imaging analyses were performed only on periods of locomotion (>2 cm s−1 in the open field; >5 cm s−1 sou tras lineyè a).

Otomatik swivi nan konpòtman. Pou ekstrè enfòmasyon sou pozisyon, vitès, ak direksyon tèt sourit, nou te itilize DeepLabCut70,71. Yon ti tan, nou fòme yon modèl pou detekte zòrèy sourit, nen, kò, ak baz ke. Direksyon tèt la te estime lè l sèvi avèk ang ki genyen ant swa chak zòrèy oswa nen an ak kò, tou depann de disponiblite mezi. Done kote yo te entèpole nan frekans echantiyon D 'kalsyòm lè l sèvi avèk entèpolasyon lineyè. Yo te retire vitès lè w kalkile Δd/Δt kote d se distans la ak tan t epi answit lis rezilta a lè w aplike yon filtè Gaussian ak sigma=33 ms pou retire zafè deteksyon. Siyal vitès yo te itilize pou idantifye peryòd aktivite lokomotè ak kalkile kote, tan, ak distans modulasyon aktivite espesyalman pou peryòd sa yo.

Analiz D 'kalsyòm. Analiz done imaj kalsyòm yo te fèt lè l sèvi avèk MATLAB 2020a ak Python 3.8.4. Anrejistreman videyo yo te analize lè l sèvi avèk tiyo analiz Miniscope (https://github.com/etterguillaume/MiniscopeAnalysis). Yon ti tan, yo te aplike koreksyon mouvman rijid (wotasyon ak tradiksyon) lè l sèvi avèk NoRMCorre72, epi yo te analize videyo yo nan espasyal (3 ×) anvan konkatènasyon. Tras kalsyòm yo te ekstrè lè l sèvi avèk CNMFe51 lè l sèvi avèk paramèt sa yo: gSig=3 piksèl (lajè nwayo Gaussian), gSiz=20 piksèl (apwoksimatif dyamèt newòn), background_modèl='bag',_algorithm espasyal='hals', min_corr=0.8 (minimòm piksèl korelasyon papòt), min_PNR {{17 }} (minimòm papòt rapò pik-a-bri).

Tras kalsyòm kri yo te filtre pou retire fluctuations segondè frekans yo ak binarize: Yon ti tan, newòn yo te konsidere kòm aktif lè anplitid siyal kalsyòm nòmal te depase de devyasyon estanda, epi derive premye lòd la te pi wo a 0 (gade ref. 52 pou plis detay. sou metodoloji a52). Pou ekstrè newòn yo ajiste varyab espesifik yo, yo te mete kote, tan, ak distans (kote: posode 3 cm; tan: posode 1 s; distans: posode 3 cm). Soti nan siyal binarize, nou kalkile chans majinal pou selil yo aktif P Að Þ ke nou itilize kòm yon prokurasyon pou aktivite newòn. Sa ki pi enpòtan an, nou Lè sa a, nou derive pwobabilite aktivite oswa 'pwobabilite pou yo te aktif bay eta a nan varyab' PA j Si lè l sèvi avèk varyab binned:

kote M se kantite total eta konpòtman posib, epi P(Si∩Aj) se pwobabilite jwenti pou bèt la nan bin I ansanm ak nivo aktivite j (0 oswa 1). Pou evalye siyifikasyon MIvalue yo jwenn, nou te pwodwi 1000 ranplasan melanje lè l sèvi avèk pèmitasyon sikilè o aza. Nou te chwazi pèmitasyon sikilè paske yo retire relasyon tanporèl ant aktivite newòn ak konpòtman, pandan y ap toujou prezève estrikti tanporèl transitwa kalsyòm yo e konsa mennen nan rezilta plis konsèvatif (kòm opoze a randomizasyon konplè nan chak pwen done, ki gonfle valè siyifikasyon rezilta yo). Paske ranplasan melanje yo pa te distribye nòmalman, nou te itilize yon apwòch ki pa parametrik kote valè p (pN) koresponn ak kantite pwen done ki soti nan distribisyon melanje a ki pi gran pase done aktyèl yo pou chak bin, divize pa kantite pèmitasyon52, 73.

Pou detèmine modulasyon selil yo pa stimulation optogenetic, nou te itilize yon apwòch menm jan an men nou kalkile MI ki genyen ant aktivite newòn ak siyal eksitasyon binarize yo (kidonk trete kòm eta konpòtman). Yo te itilize menm pwosedi sikilè a pou retire siyifikasyon estatistik.

where P(S|A) is the posterior probability distribution of states given neuronal activity. Using only epochs with velocity >5 cm s-1, yo te pwodwi yon seri done fòmasyon lè l sèvi avèk 90% nan done yo. Rès 10% done yo te itilize pou fè tès. Yo te kalkile yon erè dekodaj lè l sèvi avèk ranplasan 50bootstrapped ak yon pisin nan 160 selil lè l sèvi avèk pwen done owaza chwazi ak ranplasman. Chak newòn yo sipoze endepandan youn ak lòt, ki an pratik se pa ka a epi ki mennen nan pi gwo erè rekonstriksyon, men diminye tan enfòmatik. Pwobabilite a posterior popilasyon an te sòti nan ekwasyon sa a:

Suivi selil yo pandan plizyè jou. Newòn yo te swiv pandan plizyè jou lè l sèvi avèk CellReg74: https://github.com/zivlab/CellReg (v1.5.3).Brèfman, anprint espasyal yo te aliyen lè l sèvi avèk aliyman rijid pou korije wotasyon ak tradiksyon. Apre aliyman, nou konsidere seri selil kandida yo se menm newòn a si distans maksimòm yo te<12 µm, and used the modeled spatial correlation threshold (usually in the range 0.6–0.8) to determine the identity of cell pairs across days. Finally, we assessed the stability of the spatial representation using pairwise field correlation (Pearson correlation of tuning curves).

Analiz elektwofizyolojik. Analiz done elektwofizyolojik yo te fè lè l sèvi avèk MATLAB 2020a lè l sèvi avèk tou de pwosesis siyal la ak bwat zouti wavelet la. Konvolusyon Wavelet yo te aplike nan siyal LFP lè l sèvi avèk ondèl Morlet konplèks ('cmor1–1.5' nan MATLAB) lè yo te mande presizyon tan ak frekans. Movingwindow Fourier convolution (2 s fenèt nan bann theta, 5 s fenèt nan gwoup gama, 10 ms deplase etap) te itilize lè presizyon domèn frekans yo te privilejye sou presizyon tan-domèn (egzanp, frekans toplot dominan lè ap itilize optogenetics). Analiz de dansite espèk pouvwa yo te fèt lè sourit yo te kouri nan 5 cm s-1 oswa pi wo sof si yo dekri otreman.

Fòs osilasyon. OS te kalkile kòm rapò kimilatif pouvwa dansite espèk alantou frekans osilasyon pik la ± 1 Hz ak pouvwa gwoup la kimilatif nan band theta (4-12 Hz). Metrik sa a vin 1 lè tout pouvwa dansite espèk tonbe nan pik frekans osilasyon an (egzanp 8 Hz si enteresan nan frekans sa a).

SWRs deteksyon ak analiz. Pou kontwole SWR yo, sourit yo te pèmèt yo eksplore lib pou 10 minit pandan y ap anrejistre. Stimulations (scrambled oswa 8 Hz) yo te fèt ak yon paradigm 5 s ON, 5 s OFF. Se sèlman peryòd trankil trankil yo te konsidere pou analiz. Pou sa, nou kalkile rapò z-sòt nan pouvwa theta/delta apre filtraj pou chak gwoup frekans, fè yon transfòmasyon Hilbert, epi sèlman konsidere peryòd kote valè ki te lakòz la te anba 0. Pou detekte SWR yo, nou filtre siyal LFP nan 150-250. Hz frekans band ak answit z-kòt. Ripples yo te detekte lè l sèvi avèk findpeaksfunction nan MATLAB, ak paramèt sa yo: papòt=4 sd,minpeakwidth=0 s, minpeakdistance=0.03 s.

Referans

1. Colgin, LL Ritm rezo ipokanp lan. Nat. Rev Neurosci. 17, 239–249 (2016).

2. Tóth, K., Freund, TF & Miles, R. Dezenhibition nan selil ipokanpyramidal rat pa aferan GABAergic ki soti nan septum la. J. Physiol.500, 463-474 (1997).

3. Unal, G., Joshi, A., Viney, TJ, Kis, V. & Somogyi, P. Objektif sinaptik nan pwojeksyon septal medial nan ipokanp la ak kortik extrahippocampal sourit la. J. Neurosci. 35,15812–15826 (2015).

4. Simon, AP, Poindessous-Jazat, F., Dutar, P., Epelbaum, J. & Bassant, M.-H. Pwopriyete tire nan newòn ki idantifye anatomikman nan septum medyal nan rat anestezi ak san anestezi. J. Neurosci. 26, 9038–9046 (2006).

5. Scotty, F. et al. Pwopriyete elektwofizyolojik diferan nan glutamatergic, kolinerjik ak GABAergic rat septohippocampal newòn: nouvo enplikasyon pou ritmi ipokanp. J. Fizyol. 551,927–943 (2003).

6. Manseau, F., Danik, M. & Williams, S. Yon rezo glutamatergicneuron fonksyonèl nan septum medyal la ak zòn bann dyagonal. J.Fizyol. 566, 865–884 (2005).

7. Amilhon, B. et al. Parvalbumin interneuron nan aktivite tunepopulation ipokanp la nan frekans theta. Newòn 86, 1277–1289 (2015).

8. Etter, G. et al. Eksitasyon gamma optogenetic sove memwa nan yon modèl sourit maladi alzayme a. Nat. Komin. 10, 1–11 (2019).

9. Zutshi, I. et al. Ipokanp sikui neral reponn a optogeneticpacing nan frekans theta pa jenere frekans osilasyon akselere. Curr. Biol. 28, 1179–1188.e3 (2018).

10. Bender, F. et al. Theta osilasyon kontwole vitès locomotion atravè yon chemen ipokanp-a-lateral septum. Nat. Komin. 6,8521 (2015).

For more information:1950477648nn@gmail.com