光遺傳電生理方案在記錄小鼠紋狀體D1中型多棘神經(jīng)元活動(dòng)的應(yīng)用

光遺傳系統(tǒng)

光遺傳是指結(jié)合光學(xué)與遺傳學(xué)手段，精確控制特定神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)。該技術(shù)利用分子生物學(xué)、病毒生物學(xué)等手段，將外源光敏感蛋白基因（比如CHR2、NpHR）導(dǎo)入活細(xì)胞中，在細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)上表達(dá)此光敏蛋白；然后通過(guò)特定波長(zhǎng)光的照射，光敏蛋白即可激活與關(guān)閉，從而控制細(xì)胞膜上離子通道的打開(kāi)與關(guān)閉，改變細(xì)胞膜電壓的變化，如膜的去極化與超極化。進(jìn)而引起神經(jīng)元的激活或抑制。

運(yùn)用此技術(shù)廣泛用于研究該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，特別適用于在體、甚至清醒動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。

在體多通道電生理記錄系統(tǒng)

多通道記錄系統(tǒng)主要是通過(guò)多通道電極陣列植入到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物頭部，將神經(jīng)元的胞外高頻的動(dòng)作電位信號(hào)以及記錄電極所在腦區(qū)的局部場(chǎng)電位信號(hào)實(shí)時(shí)采集出來(lái)，通過(guò)多級(jí)腦電信號(hào)放大，把幾微伏的腦電信號(hào)放大到幾伏，然后經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，把信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，通過(guò)軟件分析所有信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析，為腦中群體神經(jīng)元編碼、存儲(chǔ)和提取神經(jīng)信息提供了時(shí)間上的同步，也反映了大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理的不同活動(dòng)模式。所有放大后的腦電信號(hào)也可以被記錄下來(lái)，然后通過(guò)系統(tǒng)中傳感器得到動(dòng)物體的準(zhǔn)確空間位置，并且相關(guān)信息與腦電信息被同步后存入計(jì)算機(jī)。
 

光遺傳在體電生理記錄解決方案

以“光遺傳在體電生理記錄小鼠紋狀體D1中型多棘神經(jīng)元的活動(dòng)模式”為例

光遺傳-在體多通道電生理記錄系統(tǒng),用其對(duì)直接通路中型多棘神經(jīng)元(D1-MSN)的活動(dòng)模式進(jìn)行在體記錄。方法:首先向D1-Cre轉(zhuǎn)基因小鼠紋狀體背外側(cè)注射攜帶光敏陽(yáng)離子通道channelrhodopsin-2(ChR2)基因的腺相關(guān)病毒,使ChR2在D1-MSN上通過(guò)Cre重組酶的同源重組而特異性表達(dá)。之后通過(guò)光刺激和電生理記錄相結(jié)合的方式在體記錄D1-MSN的活動(dòng)模式。結(jié)果:D1-Cre小鼠紋狀體在注射病毒后通過(guò)熒光顯微鏡觀察,可發(fā)現(xiàn)明顯的熒光信號(hào),證明病毒正常表達(dá)。通過(guò)光遺傳-在體多通道光電極記錄系統(tǒng),本研究成功地在紋狀體內(nèi)用光刺激誘發(fā)了MSN的電活動(dòng)。通過(guò)對(duì)記錄的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,證明了光刺激誘發(fā)的電信號(hào)確實(shí)來(lái)自于D1-MSN,成功地對(duì)D1-MSN活動(dòng)模式進(jìn)行了在體記錄。

結(jié)論:結(jié)果提示光遺傳-在體多通道光電極記錄系統(tǒng)是一種對(duì)紋狀體D1-MSN電活動(dòng)模式記錄的可選新方法。

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