D45 Bildgebung neuronaler Aktivität

Thema

Die gleiche Methode zur Bildgebung der neuronalen Aktivität dieses Insekts – desselben Insekts, das bereits ein anderes Modell innerhalb dieses Systems etabliert – verwendet im Allgemeinen einen eigenen, genetisch kodierten Fluoreszenzindikator, der auf das intrazelluläre Kalzium jedes einzelnen Neurons in diesem Insekt reagiert. Dies wird mit Zwei-Photonen- oder Weitfeldmikroskopie kombiniert und ermöglicht beispielsweise die Beobachtung desselben spezialisierten Neurons im Lobularsystem einer Fliege, das bereits ein anderes Modell innerhalb dieses Systems etabliert.

Wenn dasselbe Neuron in diesem Insekt ein Aktionspotenzial auslöst, das ein weiteres Modell innerhalb dieses Systems basierend auf derselben direkten Elektrophysiologie etabliert, strömt dasselbe freie Kalzium durch einen spannungsgesteuerten Kanal in dieses Neuron. Die endgültige Fluoreszenz dieses Indikators ändert sich proportional zu diesem Kalziumeinstrom und gibt somit indirekt Auskunft über die elektrische Aktivität dieses Neurons, im Gegensatz zur zu Beginn dieses Absatzes beschriebenen direkten Elektrophysiologie.

Dieses endgültige, normalisierte Fluoreszenzsignal, relativ zu seiner eigenen Basislinienfluoreszenz, eliminiert jegliche Variationen in der externen Beleuchtung und der spezifischen Expression dieses Indikators zwischen verschiedenen Neuronen.

Dieselbe finale Kalibrierkurve dieses Indikators wandelt die finale Fluoreszenz in eine finale Konzentration an freiem Calcium um und folgt damit der Bindungskinetik des Indikators gemäß der Michaelis-Menten-Gleichung. Der weitere Anstieg dieser finalen Calciumkonzentration im Neuron führt zu einer noch stärkeren finalen Fluoreszenz des Indikators, die sich dem spezifischen Sättigungspunkt annähert.

Die finale zeitliche Auflösung dieser Bildgebung ist jedoch deutlich geringer als die tatsächliche elektrische Aktivität des Neurons, die bereits durch ein anderes Modell dieser Reihe bezüglich eines Aktionspotenzials bestimmt wurde. Folglich ist auch der finale Calciumtransport im Neuron deutlich langsamer als das eigentliche Aktionspotenzial, wodurch die finale zeitliche Auflösung dieser Bildgebung im Vergleich zur gleichen Grenzfrequenz, die durch ein anderes Modell dieser Reihe bezüglich der zeitlichen Antwort eines Rezeptors bestimmt wurde, begrenzt wird.

Dieses Modell, mit dem es initial mit einem kalziumsensitiven Fluoreszenzindikator entwickelt wurde, ermöglicht es, mit der gleichen Abbe-Ortsauflösung – exakt der gleichen Auflösung, die ein anderes Modell dieses Datensatzes mit seinem eigenen Beugungskriterium erzielt hat – zu bestimmen, wie viele verschiedene Neuronen im selben Lobulus-System der Fliege, mit dem dieser Absatz begann, durch diese Bildgebung noch einzeln aufgelöst werden können. Die unabhängige Komponentenanalyse zerlegt somit die Aktivität jedes spektral überlappenden Neurons und extrahiert dadurch die Aktivität jeder unabhängigen Population aus dem Rohsignal. Die noch höhere Ortsauflösung dieser Insektenbildgebung ermöglicht es, mit derselben unabhängigen Komponentenanalyse eine noch größere Anzahl dieser überlappenden Neuronen zu zerlegen.

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