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目的:采用多光谱光学成像系统观察小鼠缺血性脑卒中后缺血灶周围神经元兴奋性及血氧信号的改变,探讨缺血性脑卒中后神经血管功能的光学特征变化与脑组织损伤程度的相关性。方法:(1)构建多光谱光学成像系统。多光谱光学成像系统主要是由光学成像系统和电刺激系统两个子系统构成,光学成像系统主要包括多功能变焦体视显微镜、高速CCD相机、多通道光源部分以及相连的计算机终端等设备;电刺激系统主要包括Model 2100脉冲刺激隔离器。进行光学成像实验前,首先进行GCaMP蛋白标记,在雄性C57BL/6野生型小鼠右侧后爪感觉皮层(S1HL)立体定位注射腺相关病毒(rAAV)携带的钙离子指示蛋白(GCaMP)(rAAV-hSyn-GCaMP6f-WPRE-pA),在GCaMP蛋白特异性表达于神经元内后,暴露小鼠相应区域脑皮层以制作成像窗口,接着将成像窗口置于多功能变焦体视显微镜下,将与脉冲刺激隔离器相接的正、负针电极插入并固定在小鼠对侧后爪皮肤下,利用计算机终端的软件设定参数控制光束投射仪发出不同波长的光源投照至小鼠成像窗口表面,光学信号采集命令开始的同时,接通脉冲刺激隔离器,分别给予小鼠对侧后爪不同频率的电刺激,在蓝光(波长约480nm)、黄光(波长约570nm)和红光(波长约630nm)的投照下分别采集小鼠接受1Hz、3Hz及5Hz频率电刺激时局部脑皮层的神经元兴奋性、总血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度信号的变化。(2)缺血性脑卒中动物模型的多光谱光学成像。选取雄性C57BL/6野生型小鼠共50只,其中20只在右侧后爪感觉皮层(S1HL)脑立体定位注射腺相关病毒(rAAV)携带的钙离子指示蛋白(GCaMP)(rAAV-hSyn-GCaMP6f-WPRE-pA)并特异性表达于神经元内后,暴露小鼠相应区域脑皮层以制作成像窗口,用光化学栓塞法诱导成像窗口处局部脑组织缺血以建立缺血性脑卒中动物模型,运用多光谱光学成像系统观察并记录小鼠缺血性脑卒中前及后1天、3天和7天不同时间点接受1Hz、3Hz及5Hz不同频率电刺激时缺血灶周围的神经元活动、总血红蛋白浓度信号和脱氧血红蛋白浓度信号的变化;其余30只在缺血性脑卒中模型建立后1天、3天和7天时间点分别进行眼眶静脉窦采血、行为学评估以及脑组织TTC染色,通过ELISA方法分别检测血浆炎症因子TNF-α、IL-6及活性氧自由基H202的浓度,通过改良的神经功能缺损评分(mNSS)评估神经功能的缺损程度,通过脑组织TTC染色方法计算缺血性脑卒中后缺血梗死灶体积占比,最后分别分析光学信号采集获得的神经元兴奋性改变、血氧信号变化与小鼠血浆炎症因子TNF-α、IL-6及活性氧自由基H2O2浓度、mNSS以及缺血梗死灶体积占比三者之间的相关关系。结果:(1)构建的多光谱光学成像系统能够在蓝光(波长约480nm)、黄光(波长约570nm)和红光(波长约630nm)的投照下较好地观察并记录到小鼠局部脑皮层的神经元兴奋性信号以及总血红蛋白、脱氧血红蛋白浓度的信号。(2)小鼠缺血性脑卒中前及后1天、3天和7天不同时间点,缺血灶周围神经元兴奋性信号先升高后降低;总血红蛋白浓度信号先下降后升高;脱氧血红蛋白浓度信号先升高后降低;(3)神经元兴奋性信号的变化分别与缺血梗死灶体积占比、血浆炎症因子TNF-α浓度及mNSS的变化呈负相关(r1=-0.4411、r2=-0.4493、r3=-0.4036,P<0.05);总血红蛋白浓度信号的变化与缺血梗死灶体积占比变化呈正相关(r4=0.4396,P<0.05)。结论:多光谱光学成像系统可以直接观察并记录局部脑皮层神经元活动及血氧信号变化,并能有效地评估缺血性脑卒中后神经功能的损伤程度。