美國神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學

在生物有機體，鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內(nèi)信號，這些胞內(nèi)信號幾乎在每種類型的細胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對心肌細胞收縮的控制和從細胞增殖到細胞死亡整個細胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子是一類重要的神經(jīng)元胞內(nèi)信號分子。在靜息狀態(tài)下，大部分神經(jīng)元的胞內(nèi)鈣離子濃度為50-100nM，而當神經(jīng)元活動的時候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對于包含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡的胞吐釋放過程必不可少。也就是說神經(jīng)元的活動與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關，神經(jīng)元在放電的時候會爆發(fā)出一個短暫的鈣離子濃度高峰。神經(jīng)元鈣成像（calciumimaging）技術(shù)的原理就是借助鈣離子濃度與神經(jīng)元活動之間的嚴格對應關系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質(zhì)熒光探針(鈣離子指示劑，calciumindicator)，將神經(jīng)元當中的鈣離子濃度通過熒光強度表現(xiàn)出來，從而達到檢測神經(jīng)元活動的目的。鈣離子能產(chǎn)生許多控制細胞功能的胞內(nèi)信號，如突觸囊泡中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等。美國神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學

大家都知道，只有游離鈣才具有生物學活性，而細胞質(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的腦細胞。浙江鈣成像參考價我們的鈣成像系統(tǒng)集成自動控制和精確計時的多模式輸入端口。

多種鈣離子指示劑和鈣成像手段的存在使研究人員能夠根據(jù)具體的實驗需要進行選擇。同樣，選擇合適的檢測設備也是至關重要的。對于使用CCD/sCMOS相機的成像系統(tǒng)來說，有兩個要求是很基本的：采集速度：根據(jù)不同的應用所需的相機幀速也不同，對于神經(jīng)細胞來說，一般要求相機速度至少在10fps以上，有些高速應用場景可能需要幾百甚至上千Hz的幀速。靈敏度：為了盡可能降低光漂白和其他副作用（特別是藍光激發(fā)時），需要降低激發(fā)光強度。因此相機要在較寬的發(fā)射光波長范圍上具有高靈敏度，才能檢測到弱光條件下的信號，并適應不同的染料的光譜發(fā)射特性。

想要對鈣離子的動態(tài)變化進行有效的檢測，鈣離子指示劑的選擇顯得尤為重要。鈣離子熒光指示劑在未結(jié)合鈣離子前幾乎無熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強度xianzhu增強。利用這一原理，可以通過指示劑的信號強弱來觀察細胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長范圍，鈣離子指示劑可以分為可見光激發(fā)和紫外光激發(fā)，而根據(jù)其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見的鈣離子指示劑有以下幾種：紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。鈣成像相關儀器設備設計團隊一直在研究并提高系統(tǒng)成像幀速、系統(tǒng)信號水平。

近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進行freelymoving動物鈣成像的技術(shù)。如光纖成像法：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。還有直接植入動物大腦的微型熒光顯微鏡，將GRINlens直接植入皮層下的海馬，下丘腦，丘腦等區(qū)域，可以監(jiān)測深部腦區(qū)的神經(jīng)元活動。這種微型顯微鏡的重量只有幾克，不會影響動物自由活動，可以提供800μm600μm視野和1.50μm橫向分辨率。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度表現(xiàn)出來。美國神經(jīng)細胞鈣成像nVoke2.0

鈣信號在大腦皮層中更能反映神經(jīng)元的活性,因此神經(jīng)元鈣信號的檢測對研究大腦皮層功能至關重要。美國神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學

包含鈣離子指示劑的細胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測，然后通過CCD攝像機捕捉、記錄圖像?，F(xiàn)在鈣成像技術(shù)主要在以下幾類神經(jīng)科學研究方面有廣泛應用：1.記錄培養(yǎng)的神經(jīng)元的活動。2.記錄腦片上神經(jīng)元的活動。記錄神經(jīng)元的活動。由于離體實驗本身的限制，現(xiàn)在越來越多的神經(jīng)方面科學家傾向于做在體鈣成像實驗，希望能得到更準確且更能反應生理狀況的數(shù)據(jù)。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，現(xiàn)在在實驗動物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術(shù)取得了飛速進展。4.記錄神經(jīng)元樹突和樹突棘（spine）的活動。由于對于實驗精度的要求，有些科學家不僅只想記錄單個神經(jīng)元的反應，他們還想更確切地知道神經(jīng)元上哪些樹突和樹突棘參與了某個行為，也就是說他們需要在huoti條件下，對單根樹突以及某些spine進行鈣成像記錄實驗。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展，現(xiàn)在，對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進行記錄也成為了可能。美國神經(jīng)細胞鈣成像動物行為學