自由游动斑马鱼中细胞级分辨率的泛神经元钙成像

2022-10-26 09:24:33 浏览:459

文章名称:Pan-neuronal calcium imaging with cellular resolution in freely swimming zebrafish

发表期刊:Nature Methods

发表日期:2017年9月

1 摘要

通常,细胞分辨率水平的钙成像需要把样本固定在显微镜下,本质上是限制其活动的范围。

为了扩大样本运动的范围,本文发展了一套显微镜的追踪技术,能够允许在自由游泳的斑马鱼幼鱼中进行细胞分辨率水平的全脑钙成像。此显微镜使用红外成像在成像室中追踪目标样本。在预测目标样本轨迹的基础上,我们把优化控制理论应用到位移系统,在XYZ三个维度上消除了目标样本的脑区运动。我们结合此运动消除系统和DIFF(一种类型的HiLo显微成像技术),使自由游泳的斑马鱼幼鱼的脑成像时间超过一小时。本工作扩展了能够在细胞分辨率水平钙成像条件下可以研究动物自然行为的范围,包括空间导航、社交行为、给食和反哺行为。

2 系统结构图

3 主要结果图/视频

自由游动斑马鱼中细胞级分辨率的泛神经元钙成像

4 亮点点评

1)主要发现的新颖性(Novelty),基于文献发表的时间背景;
本文将优化控制理论应用荧光成像中,XY轴使用优化控制中的模型预测控制(MPC),Z轴使用Piezo进行扫描,同时运用GPU进行快速计算z轴焦平面进行调节,消除了自由运动斑马鱼的活动所带来的影响,实现了自由运动斑马鱼的全脑活动钙成像。

2)证实发现的可靠性(solid),尤其是成像方面的技术;
通过对elavl3:GCaMP6s和elavl3:Kaede鱼系分别进行热刺激和捕食实验,验证了系统具有自由运动斑马鱼的全脑活动钙成像的能力。

自由游动斑马鱼中细胞级分辨率的泛神经元钙成像

本文还将模型预测控制MPC与传统的PID控制器进行对比实验,前者无论是在控制精度上还是响应时间上均有了大幅度的改善,能更可靠的追踪斑马鱼目标脑区。

3)新发现的意义(significance);
得益于本文使用了模型预测控制能够将控制精度和追踪能力提高,本工作扩宽了在细胞分辨率水平钙成像条件下可研究的动物自然行为的范围,为生物学家对动物社交等更复杂运动行为的进一步研究提供了一种可能的手段。

 

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