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Daniel Cantu
Author with expertise in Fluorescence Microscopy Techniques
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EZcalcium: Open Source Toolbox for Analysis of Calcium Imaging Data

Daniel Cantu et al.Jan 2, 2020
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Fluorescence calcium imaging using a range of microscopy approaches, such as 2-photon excitation or head-mounted 'miniscopes', is one of the preferred methods to record neuronal activity and glial signals in various experimental settings, including acute brain slices, brain organoids, and behaving animals. Because changes in the fluorescence intensity of genetically encoded or chemical calcium indicators correlate with action potential firing in neurons, data analysis is based on inferring such spiking from changes in pixel intensity values across time within different regions of interest. However, the algorithms necessary to extract biologically relevant information from these fluorescent signals are complex and require significant expertise in programming to develop robust analysis pipelines. For decades, the only way to perform these analyses was for individual laboratories to write their own custom code. These routines were typically not well annotated and lacked intuitive graphical user interfaces (GUIs), which made it difficult for scientists in other laboratories to adopt them. Although the panorama is changing with recent tools like CaImAn, Suite2P and others, there is still a barrier for many laboratories to adopt these packages, especially for potential users without sophisticated programming skills. As 2-photon microscopes are becoming increasingly affordable, the bottleneck is no longer the hardware, but the software used to analyze the calcium data in an optimal manner and consistently across different groups. We addressed this unmet need by incorporating recent software solutions for motion correction, segmentation, signal extraction and deconvolution of calcium imaging data into an open-source, easy to use, GUI-based, intuitive and automated data analysis software, which we named EZcalcium.
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Impaired perceptual learning in Fragile X syndrome is mediated by parvalbumin neuron dysfunction in V1 and is reversible.

Anubhuti Goel et al.Nov 13, 2017
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Atypical sensory processing is a core characteristic in autism spectrum disorders that negatively impacts virtually all activities of daily living. Sensory symptoms are predictive of the subsequent appearance of impaired social behavior and other autistic traits. Thus, a better understanding of the changes in neural circuitry that disrupt perceptual learning in autism could shed light into the mechanistic basis and potential therapeutic avenues for a range of autistic symptoms. Likewise, the lack of directly comparable behavioral paradigms in both humans and animal models currently limits the translational potential of discoveries in the latter. We adopted a symptom-to-circuit approach to uncover the circuit-level alterations in the Fmr1-/- mouse model of Fragile X syndrome (FXS) that underlie atypical visual discrimination in this disorder. Using a go/no-go task and in vivo 2-photon calcium imaging in primary visual cortex (V1), we find that impaired discrimination in Fmr1-/- mice correlates with marked deficits in orientation tuning of principal neurons, and a decrease in the activity of parvalbumin (PV) interneurons in V1. Restoring visually evoked activity in PV cells in Fmr1-/- mice with a chemogenetic (DREADD) strategy was sufficient to rescue their behavioral performance. Finally, we found that human subjects with FXS exhibit strikingly similar impairments in visual discrimination as Fmr1-/- mice. We conclude that manipulating orientation tuning in autism could improve visually guided behaviors that are critical for playing sports, driving or judging emotions.