Оптоволоконная фотометрия 

Волоконная фотометрия стала методом выбора для многих исследователей в области неврологии благодаря своей относительной простоте по сравнению с другими методами регистрации in vivo, высокому соотношению сигнал/шум и возможности регистрации в различных поведенческих парадигмах. Чаще всего метод используется в сочетании с генетически кодируемыми кальциевыми индикаторами (GECIs, серия GCaMP). GECI изменяют свою способность к флуоресценции в зависимости от того, связаны они с кальцием или нет. Поскольку внутренняя концентрация кальция в нейронах очень жестко регулируется, а кальциевые каналы, связанные с напряжением, открываются, когда нейрон запускает потенциал действия. Происходит преходящее увеличение внутренней концентрации кальция, которое приводит к преходящему увеличению способности GECI к флуоресценции, что может быть хорошим косвенным показателем возбуждения нейрона.

Преимущества многоволоконной фотометрической системы

В системе волоконной фотометрии используется недорогая имплантируемая канюля, не требующая накладного минископа. Простые операции на животных, легкие имплантаты и меньшие файлы данных — все это способствует проведению долгосрочных экспериментов на свободноживущих животных. Благодаря высокому соотношению сигнал/шум и возможности сочетания с различными поведенческими парадигмами, система волоконной фотометрии используется с GCamP, который является одним из генетически кодируемых кальциевых индикаторов (GECIs), для регистрации активности нейронов.  

Несмотря на то, что электрофизиология обеспечивает наивысший уровень временной точности, ее производительность недостаточна для выявления нейронной активности популяций, специфичных для клеточного типа, в глубоких структурах мозга у свободноживущих животных. В качестве альтернативы, волоконная фотометрия обеспечивает наиболее чувствительный и простой способ достижения этой функции при использовании одного или нескольких многомодовых оптических волокон, имплантированных в мозг.

Что касается исследований в области поведенческой нейронауки, то корреляция ответов нейронов с поведением животных является основной парадигмой функционального расчленения нейронных цепей в системах. В большинстве случаев многоканальная система волоконной фотометрии обеспечивает ценное понимание функциональных исследований нейронных цепей. Волоконная фотометрия выявляет активность в более чем одной области мозга, которую необходимо регистрировать одновременно, поскольку нейроны в различных областях мозга отвечают согласованно во время выполнения конкретной задачи. Именно поэтому волоконная фотометрия используется для изучения того, как поведение возникает в результате интеграции сигналов в объединенных областях мозга. Кроме того, она эффективна и даже необходима для изучения нейронных коррелятов социального взаимодействия, особенно социосексуального поведения, путем регистрации взаимодействия между различными животными. 

Многоканальная волоконная фотометрическая система RWD имеет четыре преимущества, включая:

• высокую чувствительность — двойной детектор + конструкция TDM;
• удобство и эффективность — поддерживает одновременную запись 9 каналов;
• визуализацию данных — функции сбора и анализа данных;
• расширения с большим количеством функций — множество интерфейсов и различная маркировка событий.

Принцип работы системы волоконной фотометрии

Чтобы понять, как работает система фотометрии волокон, следует начать с кальциевых индикаторов. С микроскопической точки зрения, несколько важных процессов, включая высвобождение нейротрансмиттеров и возбудимость мембраны, регулируются ионами кальция в нейронах.  

GECI изменяют свою способность к флуоресценции в зависимости от того, связаны они с кальцием или нет. Поскольку внутренняя концентрация кальция в нейронах очень жестко регулируется, а кальциевые каналы, связанные с напряжением, открываются, когда нейрон запускает потенциал действия, переходные повышения внутренней концентрации кальция, которые приводят к переходному повышению способности GECI к флуоресценции, могут быть хорошим косвенным показателем возбуждения нейрона.

Для фотометрии GCaMP используется двухволновая волоконная система фотометрии (405 нм+470 нм). Учитывая, что GCaMP флуоресцирует только при связывании с ионами кальция, для фотовозбуждения изосбестических точек флуорофора используется светодиодный источник 405 нм. Система волоконной фотометрии GCaMP может обеспечить критическое понимание динамики кальция путем регистрации независимой от кальция флуоресценции GCaMP.