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技術(shù)文章

鈣成像技術(shù)可同時觀察多個功能位置的腦細(xì)胞及大腦活動

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        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,腦細(xì)胞和大腦活動也可觀察了。細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當(dāng)細(xì)胞興奮時,產(chǎn)生了一個電沖動,此時,細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi),促使該細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì),神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合,促使這一級神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動。以此類推,神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去,從而構(gòu)成復(fù)雜的信號體系,終形成學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中,鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM,而細(xì)胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍,增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程*。*,只有游離鈣才具有生物學(xué)活性,而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定,同時也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種,其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體(nAChR)和瞬時受體電位C型通道(TRPC)等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來,以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。
  而且現(xiàn)在也可利用鈣成像技術(shù)記錄大腦活動。隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展,神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一,其主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度,以此代表細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(yīng)用于實(shí)時監(jiān)測一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化,從而判斷其功能活動。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時間和空間上的傳遞穿梭。
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