Controlled neuronal firing in vivo using two photon spatially shaped optogenetics

使用两个光子空间形状光遗传学控制体内神经元放电

基本信息

  • 批准号:
    9404641
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 70.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-30 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This is an application in response to RFA-NS-17-00 4 “BRAIN Initiative: Optimization of Transformative Technologies for Large Scale Recording and Modulation in the Nervous System (U01)”. In a proof-of-concept publication we demonstrated a novel fiber-coupled miniature microscope that achieved 3D confocal imaging of fluorescently labeled neurons in brain tissue using electrowetting lens technology for axial focusing. This low weight instrument (<2 g) is suitable for surgical implantation to achieve all optical awake behaving recording with axial focusing deep in the mouse brain, a significant advance compared to commercially available devices. In this proposal we present a major breakthrough demonstrating successful imaging through the fiber coupled microscope using two-photon microscopy. Leveraging on this result we propose to optimize our proof of concept E-FCM (electrowetting-fiber coupled microscope) by making it compatible for two-photon excitation (2PE-FCM) suitable for recording and modulating neural activity in awake behaving mice. Our 2PE-FCM will incorporate holographic two-photon opsin stimulation with a spatial light modulator (SLM) for rapid 3D volumetric two-photon imaging and modulation of neuronal activity. Optimization of the 2PE-FCM will be achieved by regular interactions of beta users with a multidisciplinary group of physicists, engineers and neuroscientists in a parallel process of design implementation and testing the device. Testing of the 2PE-FCM will employ a step-by-step approach designed for effective generation of a device suitable for studying local circuits in different brain areas in different species. We propose a solid dissemination plan partnering with Intelligent Imaging Innovations Inc. to commercialize the device. Validation of the 2PE-FCM will be a major advance in all-optical interrogation of neural circuits creating a new venue for understanding the neural basis of behavior. Aim 1. TECHNICAL APPROACH: Optogenetic activation and simultaneous readout of deep brain neurons using a novel fiber coupled microscope with a variable focus electrowetting lens using no moving parts. Aim 2. MILESTONES AND TIMELINE: Validate and disseminate the 2PE-FCM device for studies of the neural basis of behavior in freely behaving animals.
这是响应 RFA-NS-17-00 4“BRAIN Initiative:变革性优化”的应用程序 神经系统大规模记录和调制技术(U01)”的概念验证。 在该出版物中,我们展示了一种新型光纤耦合微型显微镜,可实现 3D 共焦成像 使用电润湿透镜技术进行轴向聚焦荧光标记脑组织中的神经元。 体重仪(<2 g)适合手术植入,实现全光学唤醒行为记录 在小鼠大脑深处进行轴向聚焦,与市售设备相比,这是一个重大进步。 在这项提案中,我们提出了一项重大突破,展示了通过光纤耦合的成功成像 利用双光子显微镜的显微镜,我们建议优化我们的证明。 概念 E-FCM(电润湿光纤耦合显微镜),使其兼容双光子激发 (2PE-FCM) 适用于记录和调节清醒行为小鼠的神经活动。我们的 2PE-FCM 将。 将全息双光子视蛋白刺激与空间光调制器 (SLM) 相结合,以实现快速 3D 2PE-FCM 的体积双光子成像和调节将得到优化。 通过测试版用户与物理学家、工程师和多学科小组的定期互动来实现 神经科学家并行设计实施和测试 2PE-FCM 的过程。 将采用分步方法,旨在有效生成适合研究本地的设备 我们与不同物种的不同大脑区域合作提出了一个可靠的传播计划。 智能成像创新公司将该设备商业化将是一项重大任务。 神经回路全光学询问的进展为理解神经基础创造了新的场所 的行为。 目标 1. 技术方法:光遗传学激活和同时读出深部 使用带有可变焦电润湿透镜的新型光纤耦合显微镜的脑神经元 不使用移动部件。 目标 2. 里程碑和时间表:验证并传播 2PE-FCM 设备 研究自由行为动物行为的神经基础。

项目成果

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