合肥神经元钙成像动物行为学

哥伦比亚大学ZuckermanMind大脑行为研究所的RuiM.Costa课题组于2020年10月7日在Cell杂志上发表了一篇题为AnAmygdalaCircuitMediatesExperience-DependentMomentaryArrestsduringExploration的文章，作者开发一种用于研究小鼠探索活动中瞬时停滞行为机制的新型实验，通过行为分析、环路映射、滔博生物-Inscopix自由活动钙成像显微镜结合光遗传学手段，提供介导经验依赖性的瞬时停滞行为的BLA神经元群体的jihuo和投射证据，表明BLA-CEA环路可以作为新颖/熟悉情境的检测器和效应器，用于基于空间位置的熟悉程度来生成自定进度的行为停滞，这一响应对于动物对未知环境进行安全有效的探索是至关重要的。通过钙成像技术检测活动动物记录神经元的活动。合肥神经元钙成像动物行为学

包含钙离子指示剂的细胞可以通过荧光显微镜(fluorescencemicroscope)观测，然后通过CCD摄像机捕捉、记录图像。现在钙成像技术主要在以下几类神经科学研究方面有广泛应用：1.记录培养的神经元的活动。2.记录脑片上神经元的活动。记录神经元的活动。由于离体实验本身的限制，现在越来越多的神经方面科学家倾向于做在体钙成像实验，希望能得到更准确且更能反应生理状况的数据。得益于双光子荧光显微镜的发展，现在在实验动物处于huoti状态下的钙成像技术取得了飞速进展。4.记录神经元树突和树突棘（spine）的活动。由于对于实验精度的要求，有些科学家不仅只想记录单个神经元的反应，他们还想更确切地知道神经元上哪些树突和树突棘参与了某个行为，也就是说他们需要在huoti条件下，对单根树突以及某些spine进行钙成像记录实验。由于双光子荧光显微镜和GCaMP6基因编码钙离子指示剂的发展，现在，对树突和树突棘用钙成像实验进行记录也成为了可能。合肥神经元钙成像动物行为学可以对深部脑区、皮层区域等大部分脑区进行钙成像使用钙离子指示蛋白。

钙成像的荧光指示剂钙成像的荧光探针一般均为Ca2螯合剂EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它们可以结合钙离子从而显示一个光谱响应，使研究者可以用荧光显微镜来观察细胞内的自由钙的浓度。荧光显微镜可以使用普通的倒置荧光显微镜来进行钙信号的测定和成像。并可结合电生理设备、活细胞培养装置等，适用于大强度、广范围的钙信号测定。共聚焦显微系统，共聚焦以激光为光源，且可配备氩离子光源，可以选择可见光激发的钙指示剂，进行层扫，相比普通荧光显微镜有更好的空间分辨率。并且共聚焦除了配备大视野扫描镜更可配置共振扫描振镜，以满足更高速成像应用的需求。双光子显微系统使用长波长来激发荧光指示剂，具有较低的细胞毒性，也可适用于紫外激发的钙指示剂，且可获得和单光子共聚焦系统类似的空间分辨率。小结综上可见，在研究钙信号时，可结合样品自身特点来选择相应的钙指示剂，并考虑既有的实验设备，来确定具体的实验方案。同时还需进一步摸索实验数据的校正、控制等多种影响因素，可获得可靠的图像及荧光定量数据。

可见光激发Ca2+荧光探针：与紫外光激发探针相比，可见光激发Ca2+探针具有更强的染料吸收性能，对Ca2+变化水平检测敏感度也更高，能够降低对活细胞的光毒性和样品自发荧光以及光散射的干扰，且无光谱偏移。较常使用的可见光激发Ca2+荧光探针有Fluo-3，Fluo-4，Rhod-2等，同时他们也都是非比率型指示剂。Fluo-3是较常用的可见光激发Ca2+荧光指示剂之一，是典型的的单波长指示剂，比较大激发波长为506nm，比较大发射波长为526nm。它与Ca2+结合之前几乎无荧光，结合后荧光会增加60至100倍，从而避免了细胞自身的荧光干扰。实际检测时推荐使用的激发波长为488nm左右，发射波长为525～530nm（图3）。Fluo-3可以用在激光共聚焦显微成像或流式细胞仪中。它还有一个升级版本Fluo-4，在相同Ca2+浓度下信号更强。钙成像系统在自由行为动物上对钙离子动态进行单细胞分辨率级别的持久成像。

大家都知道，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。钙成像显微镜由软件控制的电子对焦方式，让成像更加稳定清晰。合肥神经元钙成像动物行为学

钙成像技术一出现，就受到了全世界神经科学家们的追捧。合肥神经元钙成像动物行为学

细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当个细胞兴奋时，产生了一个电冲动，此时，细胞外的钙离子流入该细胞内，促使该细胞分泌神经递质，神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合，促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推，神经信号便一级一级地传递下去，从而构成复杂的信号体系，较终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中，钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。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。合肥神经元钙成像动物行为学

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