北京神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學

細胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當個細胞興奮時，產(chǎn)生了一個電沖動，此時，細胞外的鈣離子流入該細胞內(nèi)，促使該細胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級神經(jīng)細胞膜上的蛋白分子結(jié)合，促使這一級神經(jīng)細胞產(chǎn)生新的電沖動。以此類推，神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去，從而構(gòu)成復雜的信號體系，較終形成學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM，而細胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍，增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程必不可少。眾所周知，只有游離鈣才具有生物學活性，而細胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定，同時也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種，其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體（nAChR）和瞬時受體電位C型通道（TRPC）等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現(xiàn)出來，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關(guān)的腦細胞。傳統(tǒng)的鈣成像技術(shù)受限于顯微鏡的視野，只能對很小的一片區(qū)域進行記錄。北京神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學

在神經(jīng)系統(tǒng)研究中，我們常使用鈣指示劑表征鈣離子濃度變化，以反映神經(jīng)元的活動。常見的鈣成像方法有雙光子熒光成像和單光子熒光成像兩種，其中后者是研究腦神經(jīng)活動的常用方法。但與雙光子成像相比，單光子成像更易受到來自神經(jīng)元的高水平串擾，導致信噪比降低。不僅如此，采集活動信號時還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號所污染，造成的非特異性信號，這些均嚴重影響對神經(jīng)元活動反應(yīng)的精細成像。因而，在單光子熒光成像的基礎(chǔ)上，研究團隊在細胞核中表達遺傳編碼的鈣指示劑，從而消除神經(jīng)纖維信號。但與經(jīng)典的胞質(zhì)鈣成像相比，鈣進入細胞核的要求降低了這種成像的時間精度。美國神經(jīng)細胞鈣成像nVista3.0鈣成像顯微鏡由軟件控制的電子對焦方式，讓成像更加穩(wěn)定清晰。

鈣離子在很多生理活動中都發(fā)揮著重要作用，除了在肌肉細胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動的重要“風向標”之一：當神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化，產(chǎn)生的動作電位傳導到神經(jīng)元軸突末梢時，細胞膜上的電壓門控鈣離子通道打開，大量鈣離子內(nèi)流，包含神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡由突觸前膜釋放至后膜，下游神經(jīng)元就得以接受到上游的信號。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元動作電位，從而幫助我們了解神經(jīng)元集群的活動，可以用于感知覺，學習記憶，社會性行為等各種各樣的研究中。

可見光激發(fā)Ca2+熒光探針與紫外光激發(fā)探針相比，可見光激發(fā)Ca2+探針具有更強的染料吸收性能，對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高，能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發(fā)熒光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。常使用的可見光激發(fā)Ca2+熒光探針有Fluo-3，F(xiàn)luo-4，Rhod-2等，同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是常用的可見光激發(fā)Ca2+熒光指示劑之一，是典型的的單波長指示劑，比較大激發(fā)波長為506nm，比較大發(fā)射波長為526nm。它與Ca2+結(jié)合之前幾乎無熒光，結(jié)合后熒光會增加60至100倍，從而避免了細胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發(fā)波長為488nm左右，發(fā)射波長為525～530nm。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4，在相同Ca2+濃度下信號更強。傳統(tǒng)鈣成像實驗要求成像的光路極為穩(wěn)定。

解決鈣成像裝置對核磁成像的干擾：考慮到金屬對核磁成像的影響，研究人員在核磁共振成像的模塊上裝上了鈣成像模塊，該成像模塊所有的金屬元件全部被更換為非導電塑料?？紤]到磁場對光纖記錄系統(tǒng)的干擾，減少鈣信號的噪音，將相干光纖激光器與核磁共振放置相鄰不同的房間。解決鈣成像和核磁成像區(qū)域的一致性：在成像過程中，以皮層區(qū)域的血管分布為參照物，以保證鈣成像和核磁成像的區(qū)域基本保持一致。但在實際成像中，鈣離子變化和血氧水平依賴性信號所響應(yīng)的區(qū)域并不是完全重合。因此研究人員將響應(yīng)區(qū)域內(nèi)的信號變化幅度進行均一化，盡量避免因統(tǒng)計閾值引起差異。功能性多神經(jīng)元鈣成像是一種通過記錄神經(jīng)元內(nèi)Ca2+信號變化,監(jiān)測大量神經(jīng)元動作電位的光學記錄技術(shù)。重慶神經(jīng)細胞鈣成像哪里有

想要同時觀察軸突和樹突的鈣離子信號，大視野是很重要的。北京神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學

麻省理工學院和波士頓大學的研究人員近研究使用一種熒光探針，能夠在大腦細胞處于電活動狀態(tài)時點亮，可以立即對小鼠大腦中多個神經(jīng)元的活動進行成像。麻省理工學院的腦科學和認知科學神經(jīng)技術(shù)教授、兼生物工程學教授EdwardBoyden表示，只需要使用簡單的光學顯微鏡，即可實現(xiàn)這項技術(shù)。神經(jīng)科學家可以將大腦內(nèi)電路的活動進行可視化，并將其與特定行為聯(lián)系起來?！叭绻胙芯恳环N行為或疾病，就需要對神經(jīng)元群體的活動進行成像，讓這些神經(jīng)元群網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作?！盉oyden說。北京神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學