自由行为秀丽隐杆线虫中以细胞分辨率的全脑钙成像

在清醒且不受约束的动物中获取大规模神经元活动记录的能力，对研究动物行为的神经编码提出了重大挑战。我们提出了一种新仪器，能够以细胞分辨率记录自由行为秀丽隐杆线虫（C. elegans）头部每个神经元内的钙瞬变，同时记录动物的位置、姿态和运动。我们采用转盘共聚焦显微镜（spinning-disk confocal microscopy）以每秒5个头部体积的速度捕获表达钙指示剂GCaMP6s的神经元的3D体积荧光图像。两台相机同时监测动物的位置和朝向。定制软件实时跟踪动物头部的3D位置，并调整电动载物台以在动物自由漫游时将其保持在视场内。我们观察到来自78个神经元的钙瞬变，并将此活动与动物行为相关联。跨个体线虫中，多个神经元与对应于前进、后退和转弯运动的行为模式显示出显著相关性。通过将这类神经元的3D位置与已知图谱比较，我们的结果与先前单神经元研究一致，并证明了行为回路中新的候选神经元的存在。