동물 행동 중 신경 활동의 광섬유 이미징 및 조작

소환

미야모토, 다이스케, 마사노리 무라야마. "동물 행동 중 신경 활동의 광섬유 이미징 및 조작." Neuroscience Research , vol. 103, 2016, pp. 1–9.

키워드

• 광섬유 이미징/녹음
• 광섬유 조작
• 광유전학
• 칼슘 이미징
• 자유롭게 움직이는 동물들
• 뇌의 깊은 부분
• 신경 회로
• 뇌-행동 관계

짧은

이 논문에서는 광섬유 시스템을 이용하여 신경 활동을 영상화하고 조작하는 방법을 검토하며, 특히 뇌-행동 관계를 이해하는 데 어떻게 응용하는지에 대해 강조합니다.

요약

이 글은 특히 동물 행동 연구의 맥락에서 신경 활동을 영상화하고 조작하기 위한 광섬유 시스템의 사용을 검토합니다. 검토의 핵심 요점은 다음과 같습니다.

• 광섬유 시스템은 자유롭게 움직이는 동물의 신경 활동을 연구하는 데 유용합니다 . 2광자 현미경과 같은 기존의 광학 이미징 기술은 높은 공간 분해능을 제공하지만 머리 고정이 필요하여 행동 연구에서 사용이 제한됩니다. 광섬유 시스템은 연구자들이 자유롭게 움직일 수 있는 동물의 신경 활동을 이미지화하고 조작할 수 있도록 하여 이러한 한계를 극복합니다.
• 광섬유 영상/기록 시스템은 공간 분해능 또는 더 높은 샘플링 속도에 맞게 구성할 수 있습니다 . GRIN(Graded Index) 렌즈와 결합된 번들 파이버는 공간 분해능을 제공하여 연구자가 여러 뉴런 또는 뇌 영역에 걸친 활동을 시각화할 수 있습니다. 반면 단일 코어 파이버는 비용 효율성이 더 높고 더 높은 샘플링 속도를 제공하여 단일 지점 또는 더 작은 뉴런 집단에서 활동을 기록하는 데 적합합니다.
• 다양한 기술과 장치가 광섬유 이미징 및 조작 기능을 향상시킵니다. 마이크로프리즘을 사용한 각도 조명과 같은 기술은 특정 뇌 층이나 영역을 타겟팅할 수 있습니다. 연구자는 섬유 제거형 설정이나 소형 현미경과 같은 이식형 시스템을 사용하여 신경 활동을 만성적으로 모니터링할 수 있습니다. 광유전학과 광섬유 시스템을 통합하면 세포 유형 및 회로별 신경 활동 조작이 가능합니다.
• 광섬유 방법을 다른 기술과 결합하면 신경 회로에 대한 보다 포괄적인 이해가 제공됩니다. 동시 Ca2+ 이미징과 전기 생리학적 기록은 신경 활동의 공간적 및 시간적 해상도를 제공합니다. 광섬유 이미징을 fMRI와 같은 기술과 결합하면 세포 수준의 활동과 전체 뇌 반응을 연결하는 데 도움이 됩니다.
• 광섬유 신경 인터페이스 분야는 계속 발전하고 있습니다. 연구자들은 더 미세한 공간 해상도를 달성하고, 유전적으로 인코딩된 지표와 액추에이터의 성능을 개선하고, 신경 활동을 더 정밀하게 조작할 수 있는 새로운 도구와 기술을 적극적으로 개발하고 있으며, 궁극적으로 뇌 기능과 행동의 복잡성을 풀고자 합니다.

출처: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016801021500228X