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Nature Communications 13권, 기사 번호: 5006(2022) 이 기사 인용

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신경 회로의 역학과 연결성은 밀리초에서 동물의 수명에 이르는 시간 척도에 따라 지속적으로 변화합니다. 따라서 생물학적 네트워크를 이해하려면 행동하는 동물에서 이를 반복적으로 기록하는 최소 침습적 방법이 필요합니다. 여기에서는 성인 Drosophila melanogaster 복부 신경 코드(VNC)의 장기간 광학 녹음을 가능하게 하는 장치 제품군에 대해 설명합니다. 이는 흉부 외골격을 대체하기 위한 투명하고 번호가 매겨진 창, 내부 장기를 대체하기 위한 호환 임플란트, 이식을 지원하는 정밀 암, 반복적으로 파리를 묶는 힌지 스테이지로 구성됩니다. 우리의 툴킷을 검증하고 설명하기 위해 (i) 동물 행동과 생존에 최소한의 영향을 미치고, (ii) 다리 절단 후 몇 주에 걸쳐 척삭 기관 기계감각 신경 말단의 저하를 추적하고, (iii) 신경 활동 카페인 섭취의 파동을 밝혀냅니다. 따라서 우리의 장기 영상 툴킷은 부상, 약물 섭취, 노화, 학습 및 질병에 반응하는 전운동 및 운동 회로 적응에 대한 조사를 시작합니다.

신경 조직은 놀랄 만큼 가소성이 있어 내부 상태의 변화에 ​​적응하고 주요 환경 단서에 대한 반복적인 노출에 반응합니다. 신경과학에서 기억 형성 및 신경 퇴행을 비롯한 장기간의 현상에 대한 생리학적 연구는 종종 여러 시점에서 샘플링된 동물 전체에 걸쳐 수집된 데이터를 비교하는 데 의존해 왔습니다. 그러나 이 접근 방식을 사용하여 조건 간의 차이를 정량화하는 것은 개인 간 변동으로 인해 어려움을 겪습니다. 따라서 동일한 동물의 세로 기록은 신경 회로의 기능적, 구조적 역학의 적응형 변화를 밝히는 데 이상적입니다. 개별 동물에 대한 장기 연구를 수행하려면 실험적 모욕을 최소화하는 등 중요한 기술적 과제를 극복해야 합니다.

현미경 기반 신경 기록, 특히 2광자 칼슘 이미징1의 출현으로 만성 장치를 활용하여 최소 침습적 방식으로 생체 내 뇌 회로를 만성적으로 기록하는 것이 가능해졌습니다. 예를 들어, 두개골 창 기술은 마우스 신피질2을 연구하기 위해 처음 개발되었으며 이후 더 크고 더 깊은 4 이미징 시야와 더 긴 지속 시간 기록5을 획득하도록 개선되었습니다. 설치류와 유사하게, 뇌 영상은 행동하는 성체 초파리인 Drosophila melanogaster6,7에서도 수행될 수 있습니다. 이 모델 유기체는 (i) 유전적으로 다루기 쉽고, (ii) 설치류보다 뉴런 수가 훨씬 적은 작은 신경계를 가지고 있으며, ( iii) 복잡한 사회적, 탐색 및 운동 행동을 생성합니다8,9,10,11.

최근 접근법은 파리 뇌12,13,14뉴런의 장기간 만성 기록을 가능하게 했습니다. 두개골 창15으로 설치류의 신피질을 이미징하는 것과 유사하게, 파리 뇌는 머리 캡슐 큐티클과 기본 조직을 제거하여 광학적으로 접근할 수 있습니다6. 장기간 또는 반복적인 이미징을 수행하려면 이 구멍을 UV 경화 접착제13, 2성분 실리콘16 또는 수동으로 절단한 커버유리12로 덮을 수 있습니다. 그러나 생쥐와 파리의 뇌에서 장기 영상을 수행하는 데 사용되는 기술과 기술은 포유류 척수 또는 곤충 복부 신경 코드(VNC)의 운동 회로를 기록하는 데 적합하지 않습니다. 척추 뼈, 근육 및 등판17에 의해 가려지는 척수와 마찬가지로 VNC에 대한 광학적 접근은 비행 근육, 지방 몸체, 내장 및 기관을 포함하여 여러 개의 중첩 기관 및 조직을 제거해야 합니다. 척수에 대한 침습적 수술을 통해 챔버18 또는 클램프19 이식이 가능합니다. 그러나 파리의 작은 크기는 기존 이식형 장치의 사용을 제한하며, 이는 실험적으로 다루기 쉬운 VNC(포유류의 척수처럼 거칠게 조직된 신경 조직)의 조사를 통해 운동 제어에 대한 일반 원리를 밝히는 데 중요한 과제를 나타냅니다. 그의 제어 원리는 척추동물에서 발견되는 것과 유사합니다.