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(calcium imaging)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,calcium indicator),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。传统的钙成像技术受限于显微镜的视野,只能对很小的一片区域进行记录。深圳在体钙成像nVoke
随着功能光学成像技术的发展,神经学家们已经可以研究脑区和神经元内部的工作情况。功能钙成像技术就是其中之一,它的主要原理是将外源性荧光信号和生理现象耦合起来——通过荧光染料信号的改变反映细胞内游离钙离子浓度,通过这个变化来daibiao细胞的功能状态。目前这种技术被广泛应用于实时监测一群相关神经元内钙离子的变化,从而判断其功能活动。该技术的出现使得科学家可以亲眼目睹神经信号在神经网络之中时间和空间上的传递穿梭。美国荧光钙成像nVoke2.0清醒动物脑功能钙成像的微型显微镜的研究在不断实践中。
钙离子通过参与多种细胞内信号传导途径来调控绝大多数类型神经元的功能。由于钙离子信号在已知的细胞器结构中发挥其特定的功能,钙离子成像显得尤为重要。在神经系统中,由于神经元的多样性,导致钙离子功能也多样化。在突触前膜,钙内流激发贮存神经递质的神经小泡向胞外释放;在突触后膜,树突棘内钙水平瞬间升高,介导了突触可塑性;在细胞核内,钙信号能够调控基因转录。现在常使用的钙离子指示剂有化学性钙离子指示剂(ChemicalIndicators)和基因编码钙离子指示剂(GeneticallyEncodedIndicators)两类。
Anderson研究团队发现实验室雄性小鼠对雌性和雄性的攀爬行为可以通过是否存在超声发声(USV)来区分。这些和更多的行为数据表明,大多数雄性主导的攀爬是攻击性的,尽管在极少数情况下可能是性行为。研究人员调查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘脑神经基质。通过使用Inscopix自由行为显微钙成像方法观察内侧视前区(MPOA)或腹内侧下丘脑腹侧细分(VMHvl)中雌ji su受体1(ESR1)阳性神经元,发现在小鼠活动中可以解码出在USV+和USV-攀爬过程中神经元活动的独特模式。交叉光遗传刺激表达ESR1和囊状GABA转运蛋白(VGAT)的MPOA神经元,可 促进USV+攀爬,并将雄性的定向攻击转换为USV攀爬。钙成像技术一出现,就受到了全世界神经科学家们的追捧。
对于双光子(2P)钙成像而言,离焦和近表面荧光激发是两个*da的深度限制因素,而对于三光子成像这两个问题大大减小,但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多,所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。功能性三光子显微镜比结构性三光子显微镜的要求更高,它需要更快速的扫描,以便及时采样神经元活动;需要更高的脉冲能量,以便在每个像素停留时间内收集足够的信号。复杂的行为通常涉及到大型的大脑神经网络,该网络既具有局部的连接又具有远程的连接。要想将神经元活动与行为联系起来,需要同时监控非常庞大且分布guangfan的神经元的活动,大脑中的神经网络会在几十毫秒内处理传入的刺激,要想了解这种快速的神经元动力学,就需要MPM具备对神经元进行快速成像的能力。快速MPM方法可分为单束扫描技术和多束扫描技术钙成像技术的不断进步,使得人们对神经科学领域有了进一步的拓展。合肥超微显微钙成像参考价
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。深圳在体钙成像nVoke
哥伦比亚大学ZuckermanMind大脑行为研究所的RuiM.Costa课题组于2020年10月7日在Cell杂志上发表了一篇题为AnAmygdalaCircuitMediatesExperience-DependentMomentaryArrestsduringExploration的文章,作者开发一种用于研究小鼠探索活动中瞬时停滞行为机制的新型实验,通过行为分析、环路映射、滔博生物-Inscopix自由活动钙成像显微镜结合光遗传学手段,提供介导经验依赖性的瞬时停滞行为的BLA神经元群体的ji huo和投射证据,表明BLA-CEA环路可以作为新颖/熟悉情境的检测器和效应器,用于基于空间位置的熟悉程度来生成自定进度的行为停滞,这一响应对于动物对未知环境进行安全有效的探索是至关重要的。深圳在体钙成像nVoke
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