光遗传学和视频跟踪研究

今天，我偷偷溜进了Noldus支持和培训部门的博客来谈谈EthoVision XT．我的工作之所以有趣，其中一个原因是科学家总是想尝试新东西。现有的工具以新的方式应用于新问题。光遗传学提供了一个很好的例子。

光遗传学

光遗传学是一项革命性的技术，它允许研究人员激活或抑制大脑中的神经元，以确定这些脑细胞的功能。这种技术被应用于活的果蝇、线虫、斑马鱼以及小鼠和大鼠。

光遗传学技术

在一个光遗传学实验中，用不同的方法处理神经元，使其细胞膜吸收光敏受体蛋白。一根光纤电缆被植入动物体内，将光带到目标细胞。(例如，在发育中的斑马鱼中，由于鱼苗是透明的，所以不需要植入。)当这些细胞暴露在正确波长的光下时，离子通道就会打开，导致神经元放电。

只要灯亮着，这些通道就会保持打开状态，防止神经元回到静止状态。结果是神经元被“关闭”或被抑制;无论它们通常会对什么信号做出反应，现在都不会引起任何反应。

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激活神经元

或者，研究人员可能想看看当神经元被激活时会发生什么。在这种情况下，光线会快速闪现(通常每秒闪现20次)。当灯打开时，神经元会放电，当灯关闭时，神经元会恢复，从而准备再次放电。反复闪烁的灯光会使神经元(或多个神经元)快速而反复地放电。

光遗传学在视频跟踪实验中的应用

如果你的目标是观察这些变化如何影响行为，那么你就需要一个工具来记录这些行为，并将其与刺激同步。这就是EthoVision XT这就有问题了。

一个光遗传学系统由ethvision XT，一台计算机，一个USB io盒，一个带有触发输入的光源，通常还有一个脉冲发生器组成。光源可以是激光或高强度LED。此外，光纤、连接器和导管将光线送入动物的大脑。

在行为测试中抑制神经元

抑制是最简单的场景，因为只要抑制应该继续，光就需要打开并保持打开。在审判的适当时候，EthoVision XT使用USB io盒触发光源。灯一直亮着，直到EthoVision关闭信号。

用脉冲发生器来激活神经元

激活神经元还需要一个额外的步骤。光开灯和开灯是不够的，还必须反复快速地亮灯和灭灯。这就是必须添加脉冲发生器的地方。EthoVision XT触发脉冲发生器启动，脉冲发生器处理光源的快速脉冲。

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虽然我们经常使用Prizmatix的Pulser(如图所示)表型以上设置)，EthoVision XT是高度适应性的，可以与各种各样的脉冲发生器使用。这种类型的设备通常使用一个简单的5V触发信号，无论制造商，所以这只是提供正确类型的电缆和设置正确的脉冲发生器的问题。对于那些愿意自己布线的人来说，Arduino也可以用来代替脉冲发生器。

控制刺激

现在硬件已经设置好了，什么时候应该打开灯呢?在EthoVision XT，我们使用试验控制来定义试验应该运行多长时间，以及在什么点上设备应该打开和关闭。可能的最简单的光遗传学试验将在特定的时间出现刺激(或抑制)。

试验控制只是一个试验事件的流程图。可以为试验中的各个步骤命名，以便在分析中更容易引用它们。在这里，我们有一个5分钟的预刺激期，接着是1分钟的刺激期，然后是5分钟的刺激后:

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任何数量的事件都可以这样串在一起。事件沿着箭头的方向流动，当它们到达“Stop Track”时，试验就结束了。

重复的刺激

然而，有时您想要一遍又一遍地重复事件。这可以通过将许多框串在一起来实现，但创建重复预定义次数的子规则会更容易。

在本例中，在5分钟的预刺激期之后，子规则被调用了三次。每次，刺激被激活两分钟，然后关闭两分钟。当子规则完成了第三次运行时，我们继续进入停止跟踪框，试验结束。

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Place-preference

一个常见的场景是地点偏好测试。在这种情况下，只要动物处于特定的区域，就会发生刺激(或抑制)。我们希望重复运行子规则，而不是预先确定的次数，检查动物是否在区域内。在这个例子中，当动物进入左侧区域时，刺激开始，当动物移动到右侧区域时，刺激停止。因为子规则永远不会完成(它只会继续检查动物在哪个区域)，所以我们添加了一个时间条件来控制整个试验的持续时间(在本例中为10分钟)。

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其他选项

虽然在这个例子中我们使用了区域去触发刺激，但事实上我们也可以用同样的方式去使用任何行为。刺激(或灯光、声音、颗粒分发器或任何其他类型的设备)可以基于活动水平、速度、转弯程度或其他行为度量而被触发。它也可以基于传感器，例如当杠杆被按压或鼻子戳传感器被触发时。不管你的研究需要什么EthoVision XT已经准备好了。

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在我们的网站和这篇博客文章中阅读更多关于光遗传学的信息。

//www.leeacoustics.com/applications/optogenetics

//www.leeacoustics.com/blog/optogenetics

//www.leeacoustics.com/blog/optogenetics-and-operant-conditioning