深圳動物神經(jīng)元鈣成像動物行為學

隨著功能光學成像技術的發(fā)展，神經(jīng)學家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內部的工作情況。功能鈣成像技術就是其中之一，其主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細胞內游離鈣離子濃度，以此表示細胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關神經(jīng)元內鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術的出現(xiàn)使得科學家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。功能光學成像技術的發(fā)展使研究腦區(qū)和神經(jīng)元的內部工作成為可能。清醒動物腦功能鈣成像的微型顯微鏡的研究在不斷實踐中。深圳動物神經(jīng)元鈣成像動物行為學

傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠對大腦淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行在體成像的時候實現(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時程降低(Wangetal.,2000)；觀察在體小鼠運動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務中刺激相關電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經(jīng)科學領域很多研究更希望能夠對自由活動的動物進行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進行在體freelymoving動物鈣成像的技術。使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號被光纖收集，然后通過Inscopix顯微鏡成像。動物頭部只需植入GRINlens，方便活動。浙江熒光顯微鈣成像售后保障鈣成像技術發(fā)現(xiàn)鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內信號。

利用鈣成像技術記錄大腦活動，隨著功能光學成像技術的發(fā)展，神經(jīng)學家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內部的工作情況。功能鈣成像技術就是其中之一，其主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細胞內游離鈣離子濃度，以此細胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關神經(jīng)元內鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術的出現(xiàn)使得科學家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。

細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當神經(jīng)細胞興奮時，會產(chǎn)生一個電沖動，在此時，細胞外的鈣離子回流入該細胞內，促使這個細胞分泌神經(jīng)遞質，神經(jīng)遞質與相鄰的下一級神經(jīng)細胞膜上的蛋白分子相結合，促使這個一級神經(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，從而構成復雜的信號體系，形成了學習、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。利用鈣離子指示劑檢測組織或細胞內鈣離子濃度，進而反應組織或細胞內某些活動或反應。

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針：Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號更強，對Ca2+的選擇性也更強。比率指示劑會在與Ca2+結合后會改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個峰組成：左側較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對應的發(fā)射光熒光強度的比率，就可以對Ca2+濃度進行定量的測量。因為Fura-2結果準確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。通過鈣成像技術發(fā)現(xiàn)當神經(jīng)元活動的時候，胞內鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍。深圳熒光鈣成像代理

鈣成像系統(tǒng)具有單細胞分辨率的大視野的特征。深圳動物神經(jīng)元鈣成像動物行為學

霍華德休斯頓醫(yī)學研究所（HHMI）ScottSternson課題組研究了影響這種源源不斷的食欲的神經(jīng)機制。他們通過使用Inscopix小顯微鏡觀察小鼠腦干區(qū)域的神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)貪念美食的小鼠可能是因為特殊的大腦區(qū)域對美食和奶茶比其他小鼠更加敏感。本能會驅使我們在感到饑餓和干渴的時候尋找食物，在找到食物或水時通過眼睛看、鼻子聞、嘴巴嘗等方式來感受和決定要不要吃，吃到一定程度產(chǎn)生滿足感（或是吃了還想吃的不滿足感）。因此，要把大腦中匯集的關于吃喝的各類信號分清楚，并找出控制不同吃喝行為的神經(jīng)環(huán)路無疑是很有挑戰(zhàn)的任務。ScottSternson博士的研究團隊在小鼠大腦中尋找饑餓和干渴神經(jīng)環(huán)路共存的腦區(qū)。他們注意到，腦干的藍斑區(qū)（locuscoeruleus）附近有一群谷氨酸能神經(jīng)元（被稱為periLC神經(jīng)元），參與進食和飲水的行為，是餓和渴的匯聚點。為了研究這些神經(jīng)細胞的功能，研究小組開發(fā)了一種技術，可以讓小鼠在自由活動的同時，通過Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡觀察記錄腦干中periLC神經(jīng)元的活動。這項研究的作者龔蓉博士表示，解決這個技術是此項研究的關鍵。深圳動物神經(jīng)元鈣成像動物行為學