解决钙离子信号和BOLD信号转换:功能核磁共振成像主要依赖于神经元兴奋后局部耗氧与血流振幅的不一致,通过测定血氧水平依赖性(BOLD)信号间接反映神经元活动。而钙成像技术则是直接通过钙离子浓度变化反映神经元活动。将这两种技术联用,需要考虑BOLD信号和钙离子浓度变化之间的转换。研究人员通过卷积函数比较好化的将钙离子信号转换为BOLD信号,实现这两者之间比较大的关联。研究人员利用钙离子指示剂工具小鼠发现在低频刺激下(0.009–0.08赫兹),小鼠皮层钙离子活动变化与BOLD信号的一致性比较好。此外,钙离子活动变化与BOLD功能连接的关联存在区域的依赖性:钙离子和BOLD连接强度相关性在桶状皮层与同侧半球内的脑区呈正相关关系(同步化),但与对侧半球内的脑区呈负相关。这种区域功能依赖性表明BOLD的连接来自于不同细胞群的协同神经活动。钙成像相关仪器设备设计团队一直在研究并提高系统成像帧速、系统信号水平。江苏荧光钙成像nVoke2.0
在生物有机体,钙离子产生各种各样的胞内信号,这些胞内信号几乎在每种类型的细胞中都存在,且在很多功能方面有重要作用,例如对心肌细胞收缩的控制和从细胞增殖到细胞死亡整个细胞周期的调节等。在哺乳动物的神经系统中,钙离子是一类重要的神经元胞内信号分子。在静息状态下,大部分神经元的胞内钙离子浓度为50-100nM,而当神经元活动的时候,胞内钙离子浓度能上升10-100倍,增加的钙离子对于包含有神经递质的突触囊泡的胞吐释放过程必不可少。也就是说神经元的活动与其内部的钙离子浓度密切相关,神经元在放电的时候会爆发出一个短暂的钙离子浓度高峰。神经元钙成像(calciumimaging)技术的原理就是借助钙离子浓度与神经元活动之间的严格对应关系,利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针(钙离子指示剂,calciumindicator),将神经元当中的钙离子浓度通过荧光强度表现出来,从而达到检测神经元活动的目的。重庆细胞钙离子钙成像哪里有钙离子成像可以追踪神经元动作电位。
想要对钙离子的动态变化进行有效的检测,钙离子指示剂的选择显得尤为重要。钙离子荧光指示剂在未结合钙离子前几乎无荧光,与钙离子结合后,荧光强度明显增强。利用这一原理,可以通过指示剂的信号强弱来观察细胞内钙离子浓度水平的变化。根据激发光波长范围,钙离子指示剂可以分为可见光激发和紫外光激发,而根据其工作原理又可以分为比率和非比率型。常见的钙离子指示剂有,紫外光激发Ca2+荧光探针、可见光激发Ca2+荧光探针、转基因Ca2+指示剂。
单光子显微技术是较成熟的荧光显微技术,但由于其使用的激发光波长较短,成像深度有限;能量较大,会造成对荧光物质的漂白,光毒性严重。激光共焦扫描显微镜由于共焦显微镜的孔径很小,实现样本三维成像要逐点扫描,成像速度慢,对样本损害大,很难用于长时间活细胞成像。而宽场显微镜能够很好地实现实时动态成像,光漂白小,因而较早应用于活细胞内的实时检测,但宽场显微镜由于离焦信号的干扰,难以实现多维成像。Derrick想重点介绍一下较为常用的观察设备——双光子荧光显微镜(Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy)。双光子显微成像技术是近些年发展起来的结合了共聚焦激光扫描显微镜和双光子激发技术的一种新型非线性光学成像方法,采用长波激发,能对组织进行深层次成像。常用的比较好激发波长大多位于800-900nm,而水、血液和固有组织发色团对这个波段的光吸收率低,此外散射的激发光子不能激发样品,因此背景第,光损伤小,适用于在体检测。双光子荧光成像技术能准确定位细胞内置入的微电极位置,从而观察胞体、树突甚至单个树突棘的活性。研究者可完整的观察神经组织的分辨荧光图像,甚至可以分辨神经细胞单个树突棘中的钙分布。功能性多神经元钙成像是一种通过记录神经元内Ca2+信号变化,监测大量神经元动作电位的光学记录技术。
近年来出现了通过植入性的microscope或microlens进行freelymoving动物钙成像的技术。如光纤成像法:使用一端带有GRINlens的光纤连接显微镜和动物大脑,从特定脑区发出的荧光信号被光纤收集,然后通过相机成像。动物头部只需植入GRINlens,方便活动,而且可以同时植入多个lens来观察不同的脑区之间的联系和相互作用。还有直接植入动物大脑的微型荧光显微镜,将GRINlens直接植入皮层下的海马,下丘脑,丘脑等区域,可以监测深部脑区的神经元活动。这种微型显微镜的重量只有几克,不会影响动物自由活动,可以提供800μm600μm视野和1.50μm横向分辨率。钙成像技术(calcium imaging)是指利用钙离子指示剂或指示监测组织内钙离子浓度的方法。上海细胞钙离子钙成像哪里买
长时间追踪相同细胞,进行可重复的科学研究对自由行为动物进行慢性钙成像研究。江苏荧光钙成像nVoke2.0
钙离子在很多生理活动中都发挥着重要作用,除了在肌肉细胞收缩中扮演着重要的角色,钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一:当神经元膜电位发生去极化,产生的动作电位传导到神经元轴突末梢时,细胞膜上的电压门控钙离子通道打开,大量钙离子内流,包含神经递质的囊泡由突触前膜释放至后膜,下游神经元就得以接受到上游的信号。因此,钙离子成像可以追踪神经元动作电位,从而帮助我们了解神经元集群的活动,可以用于感知觉,学习记忆,社会性行为等各种各样的研究中。江苏荧光钙成像nVoke2.0