靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM,而細(xì)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(xué)活性,而細(xì)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(xì)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(qiáng)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(xì)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(jìn)行記錄。合肥細(xì)胞鈣離子鈣成像動物行為學(xué)
解決鈣離子信號和BOLD信號轉(zhuǎn)換:功能核磁共振成像主要依賴于神經(jīng)元興奮后局部耗氧與血流振幅的不一致,通過測定血氧水平依賴性(BOLD)信號間接反映神經(jīng)元活動。而鈣成像技術(shù)則是直接通過鈣離子濃度變化反映神經(jīng)元活動。將這兩種技術(shù)聯(lián)用,需要考慮BOLD信號和鈣離子濃度變化之間的轉(zhuǎn)換。研究人員通過卷積函數(shù)比較好化的將鈣離子信號轉(zhuǎn)換為BOLD信號,實現(xiàn)這兩者之間比較大的關(guān)聯(lián)。研究人員利用鈣離子指示劑工具小鼠發(fā)現(xiàn)在低頻刺激下(0.009–0.08赫茲),小鼠皮層鈣離子活動變化與BOLD信號的一致性比較好。此外,鈣離子活動變化與BOLD功能連接的關(guān)聯(lián)存在區(qū)域的依賴性:鈣離子和BOLD連接強(qiáng)度相關(guān)性在桶狀皮層與同側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈正相關(guān)關(guān)系(同步化),但與對側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈負(fù)相關(guān)。這種區(qū)域功能依賴性表明BOLD的連接來自于不同細(xì)胞群的協(xié)同神經(jīng)活動。寧波細(xì)胞鈣離子鈣成像nVoke2.0鈣成像數(shù)據(jù)采集盒擁有 2TB 存儲空間,可選擇以太網(wǎng)或 Wi? 方式連接電腦。
鈣離子成像系統(tǒng):傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響,只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進(jìn)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(shù)的迅速發(fā)展,在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進(jìn)行成像的時候?qū)崿F(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(jìn)行成像,研究神經(jīng)元突觸后長時程控制(Wangetal.,2000);觀察小鼠運(yùn)動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過,這些實驗還是需要對動物進(jìn)行麻醉和固定,而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒拥膭游镞M(jìn)行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進(jìn)行freelymoving動物鈣成像的技術(shù)。如圖6中所示的光纖成像法: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,然后通過相機(jī)成像。動物頭部只需植入GRINlens,方便活動,而且可以同時植入多個lens來觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過這種成像方法的視野較小,分辨率也比較差。
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(xì)胞收縮中扮演著重要的角色,鈣離子也是神經(jīng)元活動的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一:當(dāng)神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化,產(chǎn)生的動作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時,細(xì)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(xué)習(xí)記憶,社會性行為等各種各樣的研究中。鈣成像系統(tǒng)支持聯(lián)網(wǎng),基于網(wǎng)絡(luò)的軟件可讓您隨時隨地監(jiān)控數(shù)據(jù)。
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(qiáng)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(xì)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(xì)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(xì)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(qiáng)。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(xué)記錄技術(shù)。合肥動物神經(jīng)元鈣成像哪個好
對鈣離子的功能研究中,鈣指示劑是必不可少的工具。合肥細(xì)胞鈣離子鈣成像動物行為學(xué)
雙光子顯微成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來的結(jié)合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新型非線性光學(xué)成像方法,采用長波激發(fā),能對組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm,而水、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對這個波段的光吸收率低,此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品,因此背景第,光損傷小,適用于在體檢測。雙光子熒光成像技術(shù)能準(zhǔn)確定位細(xì)胞內(nèi)置入的微電極位置,從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的gaofen辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細(xì)胞單個樹突棘中的鈣分布。合肥細(xì)胞鈣離子鈣成像動物行為學(xué)