Identification of neurons undergoing plasticity in response to external stimuli is one of the pertinent problems in neuroscience. Immediate early genes (IEGs) are widely used as a marker for neuronal plasticity. Here, we model the dynamics of IEG expression as a consecutive, irreversible first-order reaction with a limiting substrate. First, we develop an analytical framework to show that such a model, together with two-photon in vivo imaging of IEG expression, can be used to identify distinct neuronal subsets representing multiple memories. Using the above combination, we show that the expression kinetics, rather than intensity threshold, can be used to identify neuronal ensembles responding to the presentation of two events in vivo. The analytical expression allowed us to segregate the neurons based on their temporal response to one specific behavioural event, thereby improving the ability to detect plasticity related neurons. We image the retrosplenial cortex (RSc) of cfos-GFP transgenic mice to follow the dynamics of cellular changes resulting from contextual fear conditioning behaviour, enabling us to establish a representation of context in RSc at the cellular scale following memory acquisition. Thus, we obtain a general method that distinguishes neurons that took part in multiple temporally separated events by measuring fluorescence of individual neurons in live mice.

中文翻译：

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即时早期基因表达动力学的体内成像分离双重事件记忆的神经元集合

识别响应外部刺激而经历可塑性的神经元是神经科学中的相关问题之一。即刻早期基因 (IEG) 被广泛用作神经元可塑性的标志物。在这里，我们将 IEG 表达的动力学建模为具有限制底物的连续、不可逆的一级反应。首先，我们开发了一个分析框架，以表明这种模型与 IEG 表达的双光子体内成像一起，可用于识别代表多个记忆的不同神经元子集。使用上述组合，我们表明表达动力学，而不是强度阈值，可用于识别对体内两个事件的呈现作出反应的神经元集合。分析表达式使我们能够根据神经元对一种特定行为事件的时间反应来分离神经元，从而提高检测可塑性相关神经元的能力。我们对 cfos-GFP 转基因小鼠的脾后皮层 (RSc) 进行成像，以跟踪由情境恐惧条件反射行为引起的细胞变化动态，使我们能够在记忆获取后的细胞尺度上建立 RSc 中的情境表示。因此，我们获得了一种通用方法，该方法通过测量活小鼠中单个神经元的荧光来区分参与多个时间分离事件的神经元。我们对 cfos-GFP 转基因小鼠的脾后皮层 (RSc) 进行成像，以跟踪由情境恐惧条件反射行为引起的细胞变化动态，使我们能够在记忆获取后的细胞尺度上建立 RSc 中的情境表示。因此，我们获得了一种通用方法，该方法通过测量活小鼠中单个神经元的荧光来区分参与多个时间分离事件的神经元。我们对 cfos-GFP 转基因小鼠的脾后皮层 (RSc) 进行成像，以跟踪由情境恐惧条件反射行为引起的细胞变化动态，使我们能够在记忆获取后的细胞尺度上建立 RSc 中的情境表示。因此，我们获得了一种通用方法，该方法通过测量活小鼠中单个神经元的荧光来区分参与多个时间分离事件的神经元。