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   高分辨率大脑神经元3D钙离子成像手艺

高分辨率大脑神经元3D钙离子成像手艺




3D钙成像手艺(Calcium Imaging)是指应用钙离子指示剂监测构造内钙离子浓度的要领。在神经系统研讨方面,在在体(in vivo)大概离体(in vitro)实行中,钙成像手艺被普遍应用于同时监测成百上千个神经元内钙离子的转变,从而检测老鼠大脑神经元的运动状况(如图1)。有了3D钙成像手艺,本来悄无声息的神经元运动便酿成了一幅斑斓闪灼的壮观影象,科学家能够亲眼看着神经旌旗灯号在神经网络当中来往穿越。

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Meadowlark Optics公司于2016年2月份推出了一款基于液晶空间光调制器手艺的高分辨率的大脑神经元3D钙离子成像体系。该体系由512x512液晶空间光调制器、473 nm 激光器、640x480相机、载物台、机器模块、控制系统等组成。具有分辨率下、操纵轻便、便于观察等长处,是理论研究、讲授演示的幻想器件。


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图2. 大脑神经元3D钙离子成像体系


大脑神经元3D钙离子成像手艺33.png 大脑神经元3D钙离子成像手艺3.png

图3. a为观察到的斑马鱼的图片,b为SLM发生的引发形式


3D钙成像手艺的基本原理

在哺乳动物的神经系统中,钙离子是一类主要的神经元胞内旌旗灯号份子。在静息状况下,大部分神经元的胞内钙离子浓度为50-100nM;当神经元运动(镇静)的时刻,神经元胞内钙离子浓度敏捷上升10 - 100 倍,增添的钙离子关于包含有神经递量的突触囊泡的胞吐开释历程必不可少。也就是说神经元的运动与其内部的钙离子浓度亲切相干,神经元在放电的时刻会发作出一个长久的钙离子浓度顶峰。神经元钙成像(calcium imaging)手艺的道理就是借助钙离子浓度取神经元运动之间的严厉对应干系,应用特别的荧光染料大概蛋白质荧光探针(钙离子指示剂,calcium indicator),将神经元傍边的钙离子浓度经由过程荧光强度显示出来,从而到达检测神经元运动的目标。

大脑神经元3D钙离子成像体系恰是应用钙成像的道理,473nm的激光器作为荧光引发光源,经由过程SLM(液晶空间光调制器)发生客户需求的3D引发形式,多核心的光束照耀到到场了荧光探针的生物构造(在体或离体),引发出荧光。经由过程传统的显微镜手艺,将钙离子的散布清楚的显现在相机上。我们能够经由过程钙离子浓度的散布状态,研讨大脑神经元的运动及互联性。


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图4. 老鼠脑构造钙离子散布随时间转变


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