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光纤记录系统
  光纤记录的目的是实时检测细胞的活性变化。基于钙离子浓度变化的荧光成像技术被广泛用来记录神经元活性。钙离子浓度敏感蛋白GCaMP6/VSD通过荧光信号强度变化可以很好的表征神经元的活性,其中GCaMP6/VSD具有很高的时间灵敏度和荧光信号信噪比。将GCaMP/VSD表达到神经元中,然后通过光纤激发GCaMP/VSD的荧光并实时监测记录荧光信号强度的方法即光纤记录。

1.光纤记录概述

光纤记录方法与传统的在体电生理记录方法有着不同的特点。首先将GCaMP/VSD表达在特定类型的神经元中,光纤记录可以实现细胞类型特异性的活性检测,而用电生理记录的方法记录特定类型的神经元的活性比较困难。其次,电生理记录容易受到环境中的电信号以及动物的行为动作影响,而光纤记录相对来说有着较强的抗干扰性能。然后,光纤记录相对稳定,可以很容易实现长时程的活性检测,例如动物的整个学习过程,而利用电生理记录实现起来则相对困难。

光纤记录因其稳定、方便、易上手而应用广泛。首先,光纤记录可以应用在各类奖赏和惩罚类行为,例如电生理记录动物在摄取食物或者遭受足底电击时的神经元活性通常会产生很大的电信号噪声,而光纤记录则不会。其次,光纤记录可以应用在各类社会性行为中,例如社会交往,交配以及打架行为等。光纤记录还可以应用在学习相关的行为中,光纤记录能够长时程稳定检测神经元活性随着动物学习过程的变化情况。其他的各类行为如焦虑相关的行为等均可使用光纤记录观测神经元活性与行为的相关性。

2.光纤记录系统应用简介

四通道(双通道)光纤记录仪器是基于多模光纤的微弱荧光信号检测和记录系统,该系统能够长时间稳定的激发荧光,并检测荧光信号的微弱变化。用于在体记录动物群体神经元活动钙信号的动态变化,在脑功能研究中具有广泛的用途,其具体特点和应用如下:

特点:

1)        仪器高度集成化,只需一台仪器,配合光纤记录系统电脑端软件则可以进行实时的记录及数据分析,实验简单便捷,实验前无需调试设备;

2)        仪器稳定性及可移动性强,最高有4通道版本,可同时记录4只动物或一只动物4个位点。最高采样率达20000 HZ,信噪比高。

3)        所有传输光路通过光纤耦合,具有很强的抗干扰能力,同时不受外界光纤干扰。

应用:

1) 通过光学记录特定细胞类型在自然状态下的神经活动;

2)    实时观测动物在进行复杂行为时的神经投射活动;

3)    阐明特殊的神经环路在动物行为中的作用;

4)    通过直接观测和投射相关的神经环路的动态活动模式

3.光纤记录系统原理图解

注:上图虚线框内是光纤记录系统内部一个通道的结构示意

光源出射的激发光通过二相色镜反射后被物镜耦合到一根多模光纤中,光纤将激发光传输到小鼠的特定脑区。小鼠大脑中的神经元被GcaMP蛋白或类似钙敏感荧光探针特异性标记,神经细胞的活动导致内钙水平的升高,进而提高GCaMP等荧光探针的荧光强度。这些荧光探针在激发光的激发下将神经元活动以荧光形式表现出来。强弱变化的荧光信号经过光纤传回到探测光路,被高灵敏度的光电转换器件转换为可以采集的电压信号,经过滤波放大后被实时显示和记录。

4.光纤记录系统工作模式图

下图为4通道光纤记录系统,可以同时记录4只小鼠或记录一只小鼠4个位点,该仪器结合配套的PC端软件即可使用,具有很好的稳定性及可移动性。

脚注信息
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