【摘 要】
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多通道在体记录技术(Multi-channel in vivo recording techniques)能够在动物自由活动的状态下,实时观察和记录动物脑内群体神经元的活动状况,是研究大脑认知功能神经编码机制的主要技术之一。由于该技术是一种胞外记录技术,因此,虽能检测到大脑神经元活动时的动作电位放电序列,但却无法进一步鉴定该活动神经元的结构和形态特征。近年来报道了一种新型钙指示荧光蛋白工具CaMP
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多通道在体记录技术(Multi-channel in vivo recording techniques)能够在动物自由活动的状态下,实时观察和记录动物脑内群体神经元的活动状况,是研究大脑认知功能神经编码机制的主要技术之一。由于该技术是一种胞外记录技术,因此,虽能检测到大脑神经元活动时的动作电位放电序列,但却无法进一步鉴定该活动神经元的结构和形态特征。近年来报道了一种新型钙指示荧光蛋白工具CaMPARI(calcium-modulated photoactivatable ratiometric integrator),它的作用原理是:需在胞内高Ca2+和紫外光的共同作用下,才发生由绿色荧光蛋白变构为红色荧光蛋白的光转化过程,并不可逆地永久标记神经元。根据CaMPARI的这一双条件(高Ca2++紫外光)激活特性,我们将其与多通道在体技术相结合,探索在小鼠内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex,mPFC)特异性标记在体记录到的活动神经元,为研究大脑神经网络的结构和功能机制提供一新的技术手段。首先,考察了运用CaMPARI技术标记不同恐惧行为中小鼠mPFC活动神经元的可行性。结果表明,由于不同恐惧行为激活的mPFC活动神经元的数量不同,因此在小鼠mPFC脑区观察到的CaMPARI蛋白光转化率也不同,恐惧行为活动越强,CaMPARI蛋白光转化率也越高,具体表现为电击恐惧组的CaMPARI转染神经元的光转化率(75.1%),大于高台恐惧组的光转化率(30.5%),而无恐惧活动组的光转化率(18.7%)最低。这一实验结果说明,在给予紫外光照的条件下,CaMPARI可对脑区活动神经元进行特异性标记。其次,运用离体脑片膜片钳技术探索单个皮层神经元发生CaMPARI光转化的光照参数变化规律。结果显示,在膜片钳记录到的CaMPARI转染神经元上,以50Hz的刺激频率诱导细胞产生动作电位或以随机刺激频率诱导细胞产生簇状放电后,间隔2毫秒再给予紫外光照射(光电配对刺激),随着刺激次数的增加,表达CaMPARI蛋白的神经元的绿色荧光强度会逐渐减弱,红色荧光强度逐渐增强,这为后续的结合多通道在体记录技术,在体标记记录到的大脑活动神经元提供了基础。进一步,参考离体脑片神经元上CaMPARI蛋白光转化的光照参数变化规律,在小鼠mPFC脑区,结合多通道在体记录技术,根据在体记录到的神经元动作电位放电序列,给予动作电位配对的紫外光照射刺激,一共在三只小鼠的mPFC脑区开展了在体CaMPARI蛋白标记活动神经元的实验,随后对小鼠mPFC脑区进行共聚焦显微镜镜检,在其中一只小鼠mPFC脑区记录到神经元的电极记录位点附近,发现有且只有一个神经元发生了 CaMPARI蛋白光转化,提示该神经元可能是在体记录到的神经元。后续尚需更多的深入实验来进一步验证和完善运用CaMPARI技术标记在体活动神经元这一新方法。综上所述,利用CaMPARI的双激活光转化特性,我们探索了对多通道在体记录技术记录到的活动神经元进行在体标记的新方法,以期为解析神经元的结构和功能关系提供一新的研究技术。
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