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在体多通道记录技术的应用及实验流程讲解

作者:康森特生物科技(长沙)有限公司 2022-03-24T10:54 (访问量:10203)

大脑与神经元

人类大脑由大约 100 亿个神经元组成,神经元之间通过突触相互连接成复杂的功能网络,因而大脑是人体最复杂的器官。目前,人们对大脑的功能机制的认知还停留在较低的水平,研究大脑的功能也成为科学家的终极目标。

2013 年 1 月,人脑工程成为欧盟「未来新兴旗舰技术项目」之一,未来 10 年内将获得 10 亿欧元的科研经费。随后,奥巴马宣布将从 2014 财年的政府预算中拿出 1 亿美元,启动"人脑活动图"项目研究(Brain Activity Map project)。这两大脑科学研究计划势必将掀起神经科学研究的热潮。

神经元,又称神经原或神经细胞,是构成神经系统结构和行使功能的基本单位。神经元是具有长突起的细胞,它由细胞(Soma)和细胞突起-轴突(Axon)和树突(dendrite)构成。

神经元与神经元之间会发生频繁的信号传递与交互,从而构成非常复杂的神经网络。神经元之间的信号传递依赖于细胞膜上的离子通道(Ion channel)。离子通道的开闭会引起膜内外离子的交换,如 Na+/K+ 离子,从而引起膜电位的变化。

所以说神经元的信号传递会伴随着电活动,当达到一定阈值时,便可引发动作电位(A c t i o n p o t e n t i a l)。检测神经元动作电位的发生变成为研究神经活动的主要方法,比如传统的膜片钳技术。
在体多通道记录技术(in--‐vivomultichannelrecording)
传统的膜片钳技术是一种离体的记录方法(in-vitro), 主要是针对离体培养的细胞和脑片进行记录,而且大多是单通道记录,一次只能记录一个细胞,通量不高。随后发展出了 MEA 技术,即 Multi-ElectrodeArray,利用多电极阵列对细胞或脑片进行记录,这样就变成了多通道记录,解决了通量的问题。

然而,离体状态下的记录与动物的本来状态还是相去甚远,尤其是研究动物在某种活动状态下的神经活动更加是不能实现。所以在体或活体状态的多通道记录便是迫切需要。

在体多通道记录(in-vivo multichannel recording)是在活体状态下研究动物神经活动的一种方法。将电极阵列植入动物的大脑某皮层或区域,电极后续接入高灵敏度的放大器及记录系统,将记录到的模拟信号转换成数字信号,在配套的记录软件上变可以观察到放电信号。

在体多通道记录的实验流程

在体多通道记录主要包括动物手术、电极植入、信号记录采集及数据分析等步骤。
  1. 动物手术:

以大小鼠为例,将实验动物麻醉,常用戊巴比妥钠或水合氯醛静脉注射的方法,有条件也可使用气体麻醉。去除动物头顶处的毛,将动物固定在脑立体定位仪上,然后将头皮剪开,将组织清理干净,露出头骨,可以比较清晰的看见骨缝。利用骨缝进行定位,确定电极植入的位置。用颅骨钻在颅骨开天窗,一般方形的窗比较常用。小心取下骨片,再在天窗对侧脑区打下几个螺钉孔,用来固定颅骨螺钉,一般打 2 至 4 个。用 1 ml 注射器针头小心去除硬脑膜,尽量避免出血。

(2)电极植入:

先固定颅骨螺钉,使得螺钉接触到脑组织,但又不过分压迫。用电极夹持器夹住电极,先定位在天窗上方,将电极的地线缠绕在颅骨螺钉上。讲电极尖端紧挨脑组织表面。然后,用微推进器缓慢向下推进(建议使用高精度的电动微推进器),使得电极进入脑组织。注意推进的速度,使电极缓慢到达想要记录的脑区。

(3)信号记录:

连接好记录系统,包括CerePlex™系列微型数字放大器,主机,电脑等。打开记录软件,观察放电信号。待观察到稳定且信噪比较高的信号,便可开始记录。在记录同时还可以同时接入其他外源事件和刺激,如电刺激、光刺激。

除了麻醉状态下记录,还可以让动物清醒状态下进行记录。这样便可结合动物行为学,让动物完成各种任务并同时进行记录。

(4)信号分析:
记录好数据之后,便可进行数据分析。


康森特生物科技(长沙)有限公司代理的在体多通道神经电生理系统用于动物神经生理学实验的多通道数据采集系统,功能强大且操作简便。可以满足用户的不同实验需求,对头部固定或清醒自由活动动物进行高通量、低噪声的高质量数据记录。


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