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)入活細胞中，在細胞膜結(jié)構(gòu)上表達此光敏蛋白；然后通過特定波長光的照射，光敏蛋白即可激活與關(guān)閉，從而控制細胞膜上離子通道的打開與關(guān)閉，改變細胞膜電壓的變化，如膜的去極化與超極化。進而引起神經(jīng)元的激活或抑制。

運用此技術(shù)廣泛用于研究該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，特別適用于在體、甚至清醒動物行為學(xué)實驗。

在體多通道電生理記錄系統(tǒng)

多通道記錄系統(tǒng)主要是通過多通道電極陣列植入到實驗動物頭部，將神經(jīng)元的胞外高頻的動作電位信號以及記錄電極所在腦區(qū)的局部場電位信號實時采集出來，通過多級腦電信號放大，把幾微伏的腦電信號放大到幾伏，然后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，把信號傳輸?shù)接嬎銠C中，通過軟件分析所有信號，實現(xiàn)實時分析，為腦中群體神經(jīng)元編碼、存儲和提取神經(jīng)信息提供了時間上的同步，也反映了大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理的不同活動模式。所有放大后的腦電信號也可以被記錄下來，然后通過系統(tǒng)中傳感器得到動物體的準確空間位置，并且相關(guān)信息與腦電信息被同步后存入計算機。
 

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)元的活動模式”為例

光遺傳-在體多通道電生理記錄系統(tǒng),用其對直接通路中型多棘神經(jīng)元(D1-MSN)的活動模式進行在體記錄。方法:首先向D1-Cre轉(zhuǎn)基因小鼠紋狀體背外側(cè)注射攜帶光敏陽離子通道channelrhodopsin-2(ChR2)基因的腺相關(guān)病毒,使ChR2在D1-MSN上通過Cre重組酶的同源重組而特異性表達。之后通過光刺激和電生理記錄相結(jié)合的方式在體記錄D1-MSN的活動模式。結(jié)果:D1-Cre小鼠紋狀體在注射病毒后通過熒光顯微鏡觀察,可發(fā)現(xiàn)明顯的熒光信號,證明病毒正常表達。通過光遺傳-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。通過對記錄的電信號進行數(shù)據(jù)分析,證明了光刺激誘發(fā)的電信號確實來自于D1-MSN,成功地對D1-MSN活動模式進行了在體記錄。

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

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