Developing Molecular and Computational Tools to Enable Visualization of Synaptic Plasticity In Vivo

开发分子和计算工具以实现体内突触可塑性的可视化

基本信息

  • 批准号:
    10009886
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 175.71万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Developing new methodological and analytical tools to address currently insurmountable experimental questions is crucial to the future of neuroscience. While recent advances in two-photon microscopy and activity sensors have revolutionized our understanding of the cellular and circuit basis of behavior, many barriers still exist that preclude fully exploring the molecular basis of these processes in vivo. This is an important question, as modulating synaptic strength is thought to underlie higher brain functions such as learning and memory, whereas synaptic degradation is observed in many neurological pathologies. Despite the clear significance of synaptic communication, a large-scale analysis of how synapses across the brain are distributed and change during learning has not been performed, mainly due to technical difficulties arising from the immensely complex nature of synaptic networks. Here, we present a suite of novel methodologies that breaks through these barriers. Our novel approach leverages CRISPR-based labeling of endogenous synaptic proteins, in vivo two-photon microscopy to visualize fluorescently tagged synapses in behaving animals, and deep-learning-based automatic synapse detection. Using these minimally invasive methods, we will be able to longitudinally track how the strength of millions of individual synapses change during learning. By developing and enabling new strategies to automatically detect and track vast numbers of synapses across entire brain regions, this pioneering approach has the potential to provide us with an unprecedented view of synapses in behaving animals, enabling new discoveries regarding how dynamic regulation of synaptic strength encodes learning and memory.
项目摘要 开发新的方法论和分析工具来解决当前无法克服的实验问题 对于神经科学的未来至关重要。虽然两光子显微镜和活性传感器的最新进展 已经彻底改变了我们对行为的细胞和电路基础的理解,仍然存在许多障碍 在体内完全探索这些过程的分子基础。这是一个重要的问题,因为 调节突触强度被认为是较高的大脑功能(例如学习和记忆)的基础 在许多神经病理学中观察到突触降解。尽管突触具有明显的意义 沟通,对整个大脑突触如何分布的大规模分析以及在 学习尚未进行,主要是由于非常复杂的性质引起的技术困难 突触网络。在这里,我们提出了一系列新颖的方法,这些方法破坏了这些障碍。我们的 新方法利用基于CRISPR的内源突触蛋白的标签,体内双光子 显微镜以可视化行为动物中荧光标记的突触,并以深度学习的自动 突触检测。使用这些微创方法,我们将能够纵向跟踪 在学习过程中,数百万个个人突触的强度会发生变化。通过制定和实现新策略 要自动检测和跟踪整个大脑区域的大量突触,这种开创性的方法 有潜力为我们提供表现动物突触的前所未有的观点 关于突触强度的动态调节如何编码学习和记忆的发现。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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