光遗传研究系统，小动物光遗传测量系统

Pinnacle“一站式”光遗传学系统为大小鼠光遗传实验提供了简单、直接而高效的解决方案。该系统可以无缝地将光学刺激与脑电肌电采集系统、神经递质和行为记录系统相结合，以适用于神经科学领域不同的实验模型。该系统改进了传统的对动物脑区进行大面积照射的实验方法，能够利用LEDs光源对动物一个或者多个具体脑区进行小面积精准的光学刺激。



系统内置一个光遗传学的接口模块，可与Pinnacle的三通道或四通道数据采集系统整合在一起工作，可提供精确的时间和光照刺激。作为系统的关键部件，它通过一个电子转换器（无需另配光学转换器）驱动安装在前置放大器上的LED探头，LED光纤探头兼容标准的套管放置技术。该系统配备多种不同类型的光纤探头，有小鼠型探头、大鼠锁定套管型探头、大鼠过盈配合套管型探头，可提供450nm到660nm不同波长颜色的光照刺激。对于对大脑深层神经活动研究感兴趣的实验者，另有多种深层电极可供选择。

光遗传学研究系统的主要优势：
(1)可配合生物电/神经递质浓度检测/视频行为采集系统，同步进行光遗传实验；
(2)多种波长的LED探头，尖端功率>100mW/mm2；
(3)对LED光纤探头的电流和脉冲输出的时间控制非常精确；
(4)不依赖光学转换器；
(5)多接口：3个数字输入接口，1个数字输出接口，另有2个独立的外部刺激接口。



光刺激影响小鼠的睡眠和脑电

应用领域：

光遗传刺激技术作为一种先进的神经调控手段，在帕金森病、癫痫等脑疾病治疗、神经损伤修复，以及神经环路重塑研究中具有巨大的潜在应用价值。传统的激光刺激器因光纤、体积和重量等因素限制了实验动物的活动范围，Pinnacle提供完整的在体、可移动、长期、微负荷光遗传刺激技术，适用于脑疾病神经功能、神经调控以及药物治疗研究。

系统组成：
1、光遗传学接口模块（Optogenetics Interface Module）是系统的核心，它提供可控制的光源，光刺激的持续时间和光强度可以精确控制，可给予连续或周期性光照刺激。
2、数据采集系统 (DCAS) 对采集的信号进行二次放大和过滤，然后输出至系统软件进行分析。
3、低扭矩换向器允许小鼠在笼中自由活动。
4、前置放大器（headstages）对信号进行放大和过滤后将无干扰 的信号传输至数据采集系统。
5、预制的头帽（headmounts）减少手术时间，允许精确、可重复的安放电极。


被植入脑电电极和光纤的小鼠


脑电采集系统与同步视频采集系统

光纤探头：
Pinnacle的光遗传刺激技术采用高性能的LED光源，可提供波长范围440nm至660nm不同颜色的光，大部分光的传输功率为100mW/mm2，使用200um的光纤，外部覆层为 50um。



不同类型的视蛋白具有不同的吸收光谱，通过视蛋白吸收光谱和各探头的发射光谱，可以确定选择哪种波长的光纤探头。




兼容软件：
1. SIRENIA® SEIZURE PRO
在一个给定时间内，快速识别和分析用户定义的癫痫事件。脑电和肌电数据自动分析和存储，系统可定制发表文章用的报告和图表。
2. SIRENIA® X-Y TRACKING
该软件可基于现有的数据、阈值或者功率分析创建一个规则， 进行实时产生刺激或其它指令，用于睡眠、癫痫、光遗传等研究。
3. SIRENIA® FEEDBACK PRO
实时跟踪动物的的二维运动行为，并记录行动轨迹。可进行象限或用户自定义区域的行为轨迹分析，包括：速度、运动轨迹、热点图（heat map)、覆盖能力 （overlay capabilities）。

小动物光遗传研究系统参考文献：

[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.