动物行为与光电专题㉔丨在体电生理技术在胡须触觉反应行为中的应用

在体电生理技术

在体单细胞记录：光电极用微操控制垂直插入到上丘（SC），使得钨丝电极尖端在SC内，而光纤在SC的正上方，这样可以减少光纤对SC的损伤。滤波范围调整在300-10KHz(LFP recording为1.0-1KHz)，用Spike2软件（Version7.03）采集和存储，单细胞记录的采样率为50000Hz。在缓慢移动立体定位仪的DV轴，同时观察信号的变化，当信号突变时说明此时电极尖端接触脑表。换用微操进行缓慢下电极，同时用一根一端固定了一块3x3cm的黑色方块硬质纸的1米左右长的玻璃棒来寻找感受野（可以在放大器的Output端通过三通阀加接一个音箱以帮助寻找）。寻找到感受野后，慢慢的下降微操，观使得神经元放电从视觉反应单元中分离变得比较单，此时给一串（20mW，10Hz，1ms）的光刺激（1s）检测这群神经元的放电能否很好的跟随光刺激脉冲，以判定是否为vGlut2+神经元。只要这群神经元的spikes能够很好的跟随光刺激出现，并且潜伏期在5毫秒以内，接着就进一步进行视觉反应测试。

将AAV-EF1α-DIO-ChR2-mCherry病毒注射到vGlut2-ires-Cre小鼠的SC，光纤包埋subthalamus正上方，病毒表达三周后，用钨丝电极对清醒小鼠进行头部固定下的在体电生理记录SC神经元电活动。在SC记录到自发动作电位时，只有同时能被蓝光脉冲（473nm，1ms，2mW）反向诱发类似动作电位的single unit，才被认为是投射的subthalamus的vGlut2+SC神经元。这里需要满足两个条件：第一，只有在蓝光脉冲后的5ms内出现的动作电位，该unit才被认为是蓝光反向激活；第二，自发动作电位和蓝光反向诱发的动作电位在幅度（能量）和波形上要相近。通过这种策略共记录到了21个unit。接着探究这些units对猎物引发的触觉和视觉刺激的反应。为了模拟猎物引发的触觉刺激，用Picospritzer系统给头部固定的清醒小鼠双侧胡须吹气刺激（50ms，30p.s.i.）。为了模拟猎物引发的视觉刺激，用计算机生成的可以控制运动速度和方向的黑色圆盘，在显示器屏幕上确认了视觉感受野后，通过显示器给头部固定的清醒小鼠视觉刺激。统计这些units对模拟猎物的感觉刺激信号触发的动作电位的数量，进而判断其对胡须触觉或视觉刺激的反应强度。根据以上这些units对视觉和胡须触觉反应的差异，将这些units定量的分为两类，一类是同时对视觉和胡须触觉有反应（type I），一类是只对胡须触觉有反应（type II）。更重要的是，对typeI的unit同时给视觉和胡须触觉刺激时，会诱发更强的动作电位的发放，这暗示对于这类units可能存在多感觉整合的机制。

记录投射到subthalamus的SC神经元的策略

（a）运用反向激活的策略来确认记录到的是subthalamus投射SC神经元。（b）被反向激活诱发的动作电位的发放集中蓝光脉冲刺激后的5ms内。（c）头部固定的小鼠在清醒状态下进行single-unit recording的模式图。（d）通过对比光诱发的动作电位与胡须刺激和视觉刺激诱发的动作电位进行波形相关性和能量大小进行聚类分析

TypeI和typeII units反应特性

（a）模式图展示了头部固定的清醒小鼠的眼睛与视觉刺激平面的相对位置和夹角，小鼠颅骨中锋线与视轴之间夹角约为65°，颞鼻轴与水平线之间夹角约为21°。（b）统计分析typeI和typeII unit在本底状态、单独给视觉或胡须触觉刺激以及同时给两种感觉刺激时的反应强度。（c）统计分析视觉反应unit对圆盘大小、速度的偏好性。（d）统计分析触觉反应unit对触觉刺激部位（对侧胡须、同侧胡须以及尾巴和背部）和强度偏好性

参考文献：

1、Chung, J., Sharif, F., Jung, D., Kim, S., and Royer, S. (2017). Micro-drive and headgear for chronic implant and recovery of optoelectronic probes. Scientific Reports 7, 1-10.

2、尚从平. 中脑上丘启动“趋利-避害”本能行为的神经机制[D].清华大学,2023.

3、Cohen, J.D., and Castro-Alamancos, M.A. (2010a). Behavioral state dependency of neural activity and sensory (whisker) responses in superior colliculus. Journal of Neurophysiology 104, 1661-1672.

4、Releasing Stimuli for Antipredator Behaviour in the Common Toad Bufo bufo (L.)[J]. .Behaviour,1979(1/2)

5、Responses to visual stimulation and relationship between visual, auditory, and somatosensory inputs in mouse superior colliculus.[J]. Dr?ger U C;;Hubel D H.Journal of neurophysiology,1975(3)

找实验方法，上脑声常谈