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多通道在体记录技术——神经元放电与节律性场电位间的相位分析方法
本文旨在介绍神经元放电序列与节律性场电位间的相位分析方法.多通道在体记录技术能同时记录群体神经元和局部场电位的活动信号.神经元的放电活动一般表征为放电时间序列;而在局部场电位信号中,则包含有不同频率成分的周期性节律振荡.相位分析主要考察神经元放电时刻与周期性节律场电位相位间的相互关系.具体分析时,先运用Hilbert变换计算出某一频段节律场电位信号的瞬时相位值,然后再计算某一神经元放电序列中每个动作电位相对于该节律场电位的放电相位,后通过考察这些放电相位的分布特性,来判断该神经元与该节律场电位相位间的放电相位关系.如一神经元放电序列对某种节律场电位的相位分布经统计检验不是随机的,则表明该神经元对这种节律场电位有放电锁相关系.Theta相位进动则是一种特殊的神经元放电与周期性节律场电位间的相位关系,也是海马位置细胞放电的基本特性之一.海马位置细胞在位置野内一般呈theta节律簇状放电模式,而相位进动是指每一theta波内放电的theta相位,相对上一theta波会逐渐提前.这一现象可通过对位置细胞放电的theta相位和动物实时位置使用线性模型来描述;并运用圆周线性相关分析法,计算它们之间的相关系数,从而研究位置细胞在位置野中的放电相对于theta相位的进动情况.通过相位分析,可以帮助我们了解神经元放电与节律性场电位信号间的时间信息编码特性.
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多通道在体记录技术——动作电位与场电位信号处理
多通道在体记录可以同时记录到多个神经元的胞外放电信号以及对应的局部场电位的活动信号.如何对记录到的这两种电信号进行合适的处理,以确保实验结果的准确性,是运用好多通道在体记录技术的关键之一.本文旨在针对多通道在体记录的原始数据,介绍动作电位及场电位信号的常用数据处理方法.动作电位信号属于高频信号,一般用40 kHz的高速采样频率进行采集和记录.根据记录到的神经元胞外动作电位波形,运用主成分分析技术,再结合四电极记录技术的优势,可对来自记录电极周围不同空间位置的神经元放电信号进行良好的甄别,从而获得较精确的单神经元放电时间序列.而局部场电位信号属低频信号(＜ 300 Hz),一般用l kHz的采样频率进行采集和记录.记录到的场电位原始信号需要进行数字滤波,从而分离出场电位信号中不同频率段的节律性振荡.啮齿类动物海马结构中常见的节律性振荡有动物清醒活动及快速眼动睡眠时的theta节律(4～12 Hz);清醒认知活动过程中,伴随着theta节律一起出现的gamma节律(30～80 Hz);以及清醒静止及慢波睡眠时的ripple高频振荡(100～250 Hz).针对以上处理获得的数据,常用的后续数据分析方法有:神经元放电间隔分析、神经元放电自相关与互相关分析、以及信号的频谱分析等.
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多通道在体记录技术——小鼠可推进式微电极阵列帽制作与植入手术
本文旨在探讨适合小鼠在体记录的多通道可推进式微电极阵列帽的制作和电极植入手术.利用转动螺杆驱动螺母移动的机械推进原理,用纤维板、螺杆、螺母和固定螺丝等材料,组装成可推进式多通道电极驱动装置.在该装置上,螺杆转动一圈可使其上的螺母移动280 μm,从而使固定于其上的电极也同步推进.记录电极为自制的四电极,由四股直径为13μm的绝缘电极丝绞合而成.电极帽制作的主要步骤包括:四电极制作、电极驱动器制作、电极帽装配和电极镀金等步骤.制作好的多通道电极帽重量轻,电极数量可根据实验需要设置,且可随时调整电极在脑内的深浅位置,适合在小鼠等动物上开展多通道在体记录.此外,本文还详细介绍了在小鼠双侧海马进行多通道在体记录的电极植入手术过程.使用这种多通道电极帽,可在自由活动的小鼠双侧海马CA1脑区,同时记录到群体神经元的放电活动.
