Pinnacle“一站式”光遺傳學(xué)系統(tǒng)為大小鼠光遺傳實(shí)驗(yàn)提供了簡(jiǎn)單、直接而高效的解決方案。該系統(tǒng)可以無縫地將光學(xué)刺激與腦電肌電采集系統(tǒng)、神經(jīng)遞質(zhì)和行為記錄系統(tǒng)相結(jié)合，以適用于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。該系統(tǒng)改進(jìn)了傳統(tǒng)的對(duì)動(dòng)物腦區(qū)進(jìn)行大面積照射的實(shí)驗(yàn)方法，能夠利用LEDs光源對(duì)動(dòng)物一個(gè)或者多個(gè)具體腦區(qū)進(jìn)行小面積準(zhǔn)確的光學(xué)刺激。

系統(tǒng)內(nèi)置一個(gè)光遺傳學(xué)的接口模塊，可與Pinnacle的三通道或四通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整合在一起工作，可提供精確的時(shí)間和光照刺激。作為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它通過一個(gè)電子轉(zhuǎn)換器（無需另配光學(xué)轉(zhuǎn)換器）驅(qū)動(dòng)安裝在前置放大器上的LED探頭，LED光纖探頭兼容標(biāo)準(zhǔn)的套管放置技術(shù)。該系統(tǒng)配備多種不同類型的光纖探頭，有小鼠型探頭、大鼠鎖定套管型探頭、大鼠過盈配合套管型探頭，可提供450nm到660nm不同波長(zhǎng)顏色的光照刺激。對(duì)于對(duì)大腦深層神經(jīng)活動(dòng)研究感興趣的實(shí)驗(yàn)者，另有多種深層電極可供選擇。

光遺傳學(xué)研究系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)：

(1)可配合生物電/神經(jīng)遞質(zhì)濃度檢測(cè)/視頻行為采集系統(tǒng)，同步進(jìn)行光遺傳實(shí)驗(yàn)；

(2)多種波長(zhǎng)的LED探頭，功率>100mW/mm2；

(3)對(duì)LED光纖探頭的電流和脈沖輸出的時(shí)間控制非常精確；

(4)不依賴光學(xué)轉(zhuǎn)換器；

(5)多接口：3個(gè)數(shù)字輸入接口，1個(gè)數(shù)字輸出接口，另有2個(gè)單獨(dú)的外部刺激接口。

光刺激影響小鼠的睡眠和腦電

應(yīng)用領(lǐng)域：

光遺傳刺激技術(shù)作為一種先進(jìn)的神經(jīng)調(diào)控手段，在帕金森病、癲癇等腦疾病治*、神經(jīng)損傷修復(fù)，以及神經(jīng)環(huán)路重塑研究中具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的激光刺激器因光纖、體積和重量等因素限制了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的活動(dòng)范圍，Pinnacle提供完整的在體、可移動(dòng)、長(zhǎng)期、微負(fù)荷光遺傳刺激技術(shù)，適用于腦疾病神經(jīng)功能、神經(jīng)調(diào)控以及藥物治*研究。

系統(tǒng)組成：

1、光遺傳學(xué)接口模塊（Optogenetics Interface Module）是系統(tǒng)的主要部分，它提供可控制的光源，光刺激的持續(xù)時(shí)間和光強(qiáng)度可以精確控制，可給予連續(xù)或周期性光照刺激。

2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DCAS) 對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行二次放大和過濾，然后輸出至系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析。

3、低扭矩?fù)Q向器允許小鼠在籠中自由活動(dòng)。

4、前置放大器（headstages）對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和過濾后將無干擾 的信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

5、預(yù)制的頭帽（headmounts）減少手術(shù)時(shí)間，允許精確、可重復(fù)的安放電極。

被植入腦電電極和光纖的小鼠

腦電采集系統(tǒng)與同步視頻采集系統(tǒng)

光纖探頭：

Pinnacle的光遺傳刺激技術(shù)采用高性能的LED光源，可提供波長(zhǎng)范圍440nm至660nm不同顏色的光，大部分光的傳輸功率為100mW/mm2，使用200um的光纖，外部覆層為 50um。

不同類型的視蛋白具有不同的吸收光譜，通過視蛋白吸收光譜和各探頭的發(fā)射光譜，可以確定選擇哪種波長(zhǎng)的光纖探頭。

兼容軟件：

1.SIRENIA? SEIZURE PRO

在一個(gè)給定時(shí)間內(nèi)，快速識(shí)別和分析用戶定義的癲癇事件。腦電和肌電數(shù)據(jù)自動(dòng)分析和存儲(chǔ)，系統(tǒng)可定制發(fā)表文章用的報(bào)告和圖表。

2.SIRENIA? X-Y TRACKING

該軟件可基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)、閾值或者功率分析創(chuàng)建一個(gè)規(guī)則， 進(jìn)行實(shí)時(shí)產(chǎn)生刺激或其它指令，用于睡眠、癲癇、光遺傳等研究。

3.SIRENIA? FEEDBACK PRO

實(shí)時(shí)跟蹤動(dòng)物的的二維運(yùn)動(dòng)行為，并記錄行動(dòng)軌跡?？蛇M(jìn)行象限或用戶自定義區(qū)域的行為軌跡分析，包括：速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、熱點(diǎn)圖（heat map)、覆蓋能力 （overlay capabilities）。

參考文獻(xiàn)：

[1] Bérard, M., et al., A light-inducible protein clustering system for in vivo analysis of α-synuclein aggregation in Parkinson disease. PLoS biology, 2022. 20(3): p. e3001578-e3001578.
[2] Yamamuro, K., et al., A prefrontal-paraventricular thalamus circuit requires juvenile social experience to regulate adult sociability in mice. Nature neuroscience, 2020. 23(10): p. 1240-1252.
[3] Niu, M., et al., Claustrum mediates bidirectional and reversible control of stress-induced anxiety responses. Science advances, 2022. 8(11): p. eabi6375-eabi6375.
[4] Hein, M., et al., Kappa opioid receptor activation in the amygdala disinhibits CRF neurons to generate pain-like behaviors. Neuropharmacology, 2021. 185: p. 108456-108456.
[5] Chen, X., et al., Multiplexed Representation of Itch and Mechanical and Thermal Sensation in the Primary Somatosensory Cortex. The Journal of neuroscience, 2021. 41(50): p. 10330-10340.
[6] Qi, Y., et al., NPY derived from AGRP neurons controls feeding via Y1 and energy expenditure and food foraging behaviour via Y2 signalling. Molecular metabolism (Germany), 2022. 59: p. 101455-101455.
[7] Oti, T., et al., Oxytocin Influences Male Sexual Activity via Non-synaptic Axonal Release in the Spinal Cord. Current biology, 2021. 31(1): p. 103-114.e5.
[8] Norman, K.J., Post-Error Recruitment of Frontal-Sensory Cortical Projections Promotes Attention in Mice. 2021, ProQuest Dissertations Publishing.
[9] Kuniishi, H., et al., Stress induces insertion of calcium-permeable AMPA receptors in the OFC-BLA synapse and modulates emotional behaviours in mice. Translational psychiatry, 2020. 10(1): p. 154-154.
[10] Ito, M., et al., The parabrachial-to-amygdala pathway provides aversive information to induce avoidance behavior in mice. Molecular brain, 2021. 14(1): p. 94-94.