オプトジェネティクス（Optogenetics）
過去10年間に、光で小グループのニューロンを特異的に活性化または阻害する方法が発明されました。 現在、光感受性受容体タンパク質（もともと藻類に見られる）をVivoの単一の哺乳類ニューロンに挿入することができ、これらのニューロンを特定の波長の光によって活性化に感受性にすることができます。 これにより、これらニューロンの活動を制御し、様々な生物学的プロセスに対するそれらの下流の影響を研究することが可能になります。
オプトジェネティックスは、行動研究の重要な発展です。 特定のニューロンの行動への実際の影響をより明確に決定できるだけでなく、自動ビデオ追跡システムの助けを借りて、行動をリアルタイムな光発生法によって操作することができます。Noldusが登場するのは、EthoVision XTとTrial＆Hardware Controlにとって完璧な課題です。
トライアル＆ハードウェア・コントロールとオプトジェネティクス（Trial & Hardware Control and optogenetics）
オプトジェネティックスは、さまざまな方法で使用できます。 例えば、既知の機能を有する脳領域におけるニューロンの特定のオプトエレクトロニック刺激を、薬物または電極刺激の代わりに使用し、それによってプロセスを活性化または阻害することができます。 この刺激が動物の行動に及ぼす影響を評価することにより、ニューロン機能の洞察を得ることができます。
EthoVision XT トライアル＆ハードウェアコントロールは、行動アッセイにおける光発生刺激を制御する機会を提供します。 EthoVision XTで検出された動作に基づいて、自動的に刺激をオンまたはオフに切り替えることができます。 手動で光発生刺激をオンにすることと比較して、これはより良い時間精度を提供します。これはまた、縦方向の家庭飼育研究において貴重な方法でもあります。
使い方（How it works）
トライアル＆ハードウェア・コントロールはEthoVision XT ソフトウェア内でプログラムされています。 直観的なインターフェイスは、条件とアクションブロックで構成され、ドラッグしたり、ドロップしたり、接続してオペラントプロトコルのロジックを形成することができます。 例えば：
- EthoVision XTが動物の特定の行動を登録したとき（ゾーン内にいるなど）
- EthoVision XTが提供されている特定の食品の嗜好を登録するとき。
- EthoVision XTがハードウェアフィードバックを登録したとき（オペラント調整タスクのレバー押しなど）。
- EthoVision XTが1つまたは複数の動物の間に特定の社会的相互作用を登録するとき。
- off-on-off刺激試験（例えば、5分間の連続刺激、刺激なしで5分間の前と後の刺激）を行う場合。
光発生刺激装置（Optogenetics stimulation devices）
プログラムされると、EthoVision XTは動物に光発生刺激を与えるデバイス（例えば、光ファイバーに接続されたレーザーまたはLED）に接続されたUSB IOボックスを介して信号を送信します。これらのデバイスはPhenoTyperトップユニットに接続、または組み込むことができます。 デバイスの例には、PrizmatixおよびPlexonのものが含まれます。
研究の例（Examples of reseach with optogenetics）
好みの場所（Place preference）
この動物は、2つの異なる側面を有するアリーナに置かれ、その1つは、光発生刺激と対になります。 この刺激が活性化されているのか、不活性化されているのか、どのニューロンが冒されているのかによって、これは動物にとって有害な刺激または嫌悪刺激となります。 さらなるセッションで動物が刺激された側でより多くの時間を費やす場合、刺激が有益な効果を有すると結論付けることは公正です。 動物がこの面を避けるならば、その刺激は嫌悪者とみなされる可能性があります[1,2,3]。
オペラント条件付け（Operant conditioning）
オペラントコンディショニング試験では、動物はレバーを押すかセンサに触れるか、報酬を得るために、または嫌悪感を防ぐために別の行動をとることを学びます。 この動作はEthoVision XTを使用して、フィーダなどの特定のゾーンで動物（またはその鼻先）を検出するか、ノーズポークまたはレバープレスで開始された外部信号を分析することによって記録できます。 この操作の後、EthoVision XTは、光発生刺激のためのコマンドを送信します[2,3]。
プラス迷路でのオンオフ刺激試験（Off-on-off stimulus test in a plus maze）
optogeneticsを使用したストレートフォワードテストでも、EthoVision XTトライアル＆ハードウェアコントロールは貴重なものです。 良い例としては、オンオフ刺激テストがあります。このテストでは、エトビジョンXTをテスト中にある期間光遺伝刺激をオンにするようプログラムすることができます。 例えば、Stuber博士は、15分の試験[1]について説明し、その間に、連続した光発生刺激が中央の5分で起こりました。 この場合、ニューロンの抗不安作用または不安作用作用が研究されました。 試験は、上昇した十字迷路で行いました。 動物が、刺激相の間に十字迷路（EthoVision XTで自動的に評価される）のオープンアームで有意に多くの時間を費やす場合、ニューロンの刺激は抗不安効果を有すると考えられます。
ニューロン刺激の一般的な行動効果の検討（Studying general behavioral effects of neuron stimulation）
上記の試験と同様に、光発生刺激に応答するより一般的な運動の試験です。 速度、運動、さらには回転運動さえも重要な挙動であり、オプトジェネティックに刺激されるニューロンの役割について多くのことを伝えることができます[1]。
“EthoVision XT saves time, perhaps lives. In effect, PhD students can do more research in less labor-intensive time.”
ーDR. S. ADEOSUN | UNIVERSITY OF MISSISSIPPI MEDICAL CENTER, USAー
参考文献
- Communication with Garret Stuber (www.stuberlab.org)
- Stamatakis, A.M.; Stuber, G.D. (2012). Activation of lateral habenula inputs to the ventral midbrain promotes behavioral avoidance. Nature Neuroscience, 15(8), 1105-1107.
- Kravitz, A.V.; Tye, L.D.; Kreitzer, A.C. (2012). Distinct roles for direct and indirect pathway striatal neurons in reinforcement. Nature Neuroscience, 15, 816-818.
Recent new pubilication combining live deep brain imaging with optogenetics: Jennings, J.H.; Ung, R.L.; Resendez, S.L.; Stamatakis, A.M.; Taylor, J.G.; Huang, J.; Veleta, K.; Kantak, P.A.; Aita, M.; Shilling-Scrivo, K.; Ramakrishnan, C.; Deisseroth, K.; Otte, S.; Stuber, G.D. (2015). Visualizing hypothalamic network dynamics for appetitive and consummatory behaviors. Cell, 160, 516-527.
