解决钙离子信号和BOLD信号转换:功能核磁共振成像主要依赖于神经元兴奋后局部耗氧与血流振幅的不一致,通过测定血氧水平依赖性(BOLD)信号间接反映神经元活动。而钙成像技术则是直接通过钙离子浓度变化反映神经元活动。将这两种技术联用,需要考虑BOLD信号和钙离子浓度变化之间的转换。研究人员通过卷积函数比较好化的将钙离子信号转换为BOLD信号,实现这两者之间比较大的关联。研究人员利用钙离子指示剂工具小鼠发现在低频刺激下(0.009–0.08赫兹),小鼠皮层钙离子活动变化与BOLD信号的一致性比较好。此外,钙离子活动变化与BOLD功能连接的关联存在区域的依赖性:钙离子和BOLD连接强度相关性在桶状皮层与同侧半球内的脑区呈正相关关系(同步化),但与对侧半球内的脑区呈负相关。这种区域功能依赖性表明BOLD的连接来自于不同细胞群的协同神经活动。双光子荧光显微镜能够在进行活动动物成像的时候实现高分辨率和高信噪比。inscopix钙成像nVoke2.0
钙离子在很多生理活动中都发挥着重要作用,除了在肌肉细胞收缩中扮演着重要的角色,钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一:当神经元膜电位发生去极化,产生的动作电位传导到神经元轴突末梢时,细胞膜上的电压门控钙离子通道打开,大量钙离子内流,包含神经递质的囊泡由突触前膜释放至后膜,下游神经元就得以接受到上游的信号。因此,钙离子成像可以追踪神经元动作电位,从而帮助我们了解神经元集群的活动,可以用于感知觉,学习记忆,社会性行为等各种各样的研究中。美国神经细胞钙成像inscopix通过钙成像技术检测活动动物记录神经元的活动。
与传统的单光子宽视野荧光显微镜相比,多光子显微镜(MPM)具有光学切片和深层成像等功能,这两个优势极大地促进了研究者们对于完整在体大脑深处神经的了解与认识。2019年,JeromeLecoq等人从大脑深处的神经元成像、大量神经元成像、高速神经元成像这三个方面论述了相关的MPM技术。想要将神经元活动与复杂行为联系起来,通常需要对大脑皮质深层的神经元进行成像,这就要求MPM具有深层成像的能力。激发和发射光会被生物组织高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素,虽然可以通过增加激光强度来解决散射问题,但这会带来其他问题,例如烧坏样品、离焦和近表面荧光激发。增加MPM成像深度比较好的方法是用更长的波长作为激发光。
静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM,而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍,增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知,只有游离钙才具有生物学活性,而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定,同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种,其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体(nAChR)和瞬时受体电位C型通道(TRPC)等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来,以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。我们的钙成像系统集成自动控制和精确计时的多模式输入端口。
钙离子在很多生理性的活动中都发挥着重要作用,除了在肌肉细胞收缩中扮演着重要角色,钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一:当神经元膜电位发生去极化,产生的动作电位传导到神经元轴突末梢时,细胞膜上的电压门控钙离子通道打开,大量钙离子内流,包含神经递质的囊泡由突触前膜释放至后膜,下游神经元就得以接受到上游的信号。因此,钙离子成像可以追踪神经元动作电位,从而帮助我们了解神经元集群的活动,可以用于感知觉,学习记忆,社会性行为等各种各样的研究中。钙离子是哺乳动物神经细胞内的重要信使。美国inscopix钙成像采购信息
传统钙成像实验要求成像的光路极为稳定。inscopix钙成像nVoke2.0
单光子显微技术是较成熟的荧光显微技术,但由于其使用的激发光波长较短,成像深度有限;能量较大,会造成对荧光物质的漂白,光毒性严重。激光共焦扫描显微镜由于共焦显微镜的孔径很小,实现样本三维成像要逐点扫描,成像速度慢,对样本损害大,很难用于长时间活细胞成像。而宽场显微镜能够很好地实现实时动态成像,光漂白小,因而较早应用于活细胞内的实时检测,但宽场显微镜由于离焦信号的干扰,难以实现多维成像。Derrick想重点介绍一下较为常用的观察设备——双光子荧光显微镜(Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy)。双光子显微成像技术是近些年发展起来的结合了共聚焦激光扫描显微镜和双光子激发技术的一种新型非线性光学成像方法,采用长波激发,能对组织进行深层次成像。常用的比较好激发波长大多位于800-900nm,而水、血液和固有组织发色团对这个波段的光吸收率低,此外散射的激发光子不能激发样品,因此背景第,光损伤小,适用于在体检测。双光子荧光成像技术能准确定位细胞内置入的微电极位置,从而观察胞体、树突甚至单个树突棘的活性。研究者可完整的观察神经组织的分辨荧光图像,甚至可以分辨神经细胞单个树突棘中的钙分布。inscopix钙成像nVoke2.0
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