Descrizione del progetto
Il tre potrebbe essere il numero magico nel caso dei fotoni per l’imaging dei potenziali d’azione
Il cervello è un complicato circuito elettrico che utilizza le variazioni di tensione nelle membrane cellulari come importanti mediatori di segnalazione. Sono state utilizzate varie tecniche per definire l’elettrofisiologia dei circuiti cerebrali, dalle registrazioni degli elettrodi all’utilizzo di coloranti sensibili alla tensione. Gli indicatori di tensione geneticamente codificati costituiscono una tecnologia emergente per il monitoraggio delle dinamiche elettriche. Questi sensori di proteine luminescenti ingegnerizzati variano la loro luminosità in risposta alle variazioni della tensione neuronale. Il progetto MULTIVIsion, finanziato dall’UE, sta potenziando le capacità degli indicatori di tensione geneticamente codificati con l’imaging a tre fotoni. L’imaging a tre fotoni si basa sull’interazione simultanea di tre fotoni con una molecola fluorescente, che viene stimolata ad uno stato elettronico superiore rispetto all’imaging a due fotoni o a un fotone. Le lunghezze d’onda di estensione maggiore utilizzate producono una minore dispersione e immagini più nitide, persino nei tessuti più profondi. Un’«istantanea» più chiara del potenziale d’azione potrebbe far luce sull’apprendimento e sulla formazione della memoria a livello dei singoli neuroni.
Obiettivo
Understanding the brain is one of the great scientific challenges of our time. This pursuit fundamentally depends on advances in physical sciences and engineering to provide novel tools and methods to perturb, record and interpret brain activity.
Information in the brain is encoded in changes in the voltage across the membrane of brain cells. Voltage imaging with genetically encoded voltage indicators (GEVIs) is a revolutionary method that allows faithful recording of the fast electrical dynamics of many genetically targeted cells in parallel. This provides an unprecedented means to record how patterns of change in this membrane voltage, called action potentials, manifest in subcellular compartments, cells, and networks across the brain, which is the only way to arrive at a fundamental understanding of brain functions like learning and memory, and of neurogenerative diseases. For this promise to be fulfilled, we need voltage imaging deep in the living brain of awake and behaving organisms. To achieve this, I will evolve a GEVI optimized for three-photon (3P) imaging, by screening mutant libraries of GEVIs directly for brightness and photostability under 3P-excitation, voltage sensitivity, and membrane trafficking in neurons. I will optimize the photocycle dynamics of GEVIs with temporally structured light, using a NOPA with tunable repetition rate, pockels cell and multiple optical delay lines, to create optimal 3P excitation protocols. Crucially, this optimization will not depend on spectral phase and is therefore compatible with high speed multiphoton imaging, aberration correction, and deep tissue imaging. Finally, I will investigate memory formation in a proof-of-principle experiment. I will use a custom microscope I developed, for 3P voltage imaging of cells in the cerebellum of mice trained in an eyeblink task. Memory formation in this paradigm is hypothesized to look like subtle changes in the exact shape and timing of action potentials, which I will resolve.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Programma(i)
Argomento(i)
Invito a presentare proposte
(si apre in una nuova finestra) ERC-2019-STG
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ERC-STG -Istituzione ospitante
2628 CN Delft
Paesi Bassi