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用电压敏感染料光学记录膜电位
应用传统电生理方法如微电极和膜片钳技术,在记录较小的神经细胞和纤细的神经突起膜电位及同步记录神经细胞群的电活动等方面目前仍是一大难题.随着生理科学和神经生物学的发展,利用电压敏感染料光学记录膜电位技术已成为一种较为理想的新手段.本文对光学记录膜电位技术的发展史、染料特性和作用机制、光学成像及膜电位记录原理、目前的光学方法中某些不足及未来前景等做了较系统的介绍,并且简述了光学记录膜电位在电生理和神经生物学中的应用.
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GABAB受体对位听神经脑干传人通路神经活动的影响
目的 本实验旨在探讨GABA能神经递质及GABAB受体对电刺激位听神经传入脑干通路兴奋性变化的影响.方法 使用出生后0～5 d的ddy/ddy小鼠制备脑干切片.脑片经电压敏感染料NK3041染色,电刺激与脑片相连的位听神经残端,使用16×16像素的硅光电二极管阵列测量膜电位变化引起的电压敏感染料吸光度的改变.观察GABA及GABAB受体拮抗剂2-Hydroxysaclofen(saclofen)对神经活动的影响,使用ARGUS-50/PDA软件分析实验数据.结果 多部位的光学记录方法显示了从位听神经到耳蜗核和前庭核兴奋性传导的时间-空间分布.神经活动可用电位或色彩的改变显示.每一个像素记录的电信号由快的峰电位样反应和慢反应组成.抑制性神经递质GABA可降低快的峰电位样反应及慢反应的幅度;GABAB受体拮抗剂saclofen能够部分逆转GABA的作用,随着saclofen(50μmol/L～100μmol/L)的浓度增加,在耳蜗核及小脑可引起去极化电位增强及后超极化电位.结论 电刺激位听神经在脑干传人通路可引起兴奋性神经活动,GABA及saclofen对诱发的神经活动有调节作用,提示GABA及GABAB受体在听觉传人通路和小脑担负重要的生理功能.
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光学成像蜗核谷氨酸受体的兴奋性传导
目的在神经细胞群的水平上二维动态观测蜗核(CN)神经元兴奋性谷氨酸递质受体的传导机制.方法自新生小鼠制备脑干切片,用吸光性电压敏感染料RH 155染色,并成像于16×16 elements Photodiode Arrays光学记录系统,电刺激位听神经(第8颅神经,nⅧth)断端.为了观察谷氨酸是否为耳蜗核神经元的兴奋性递质,用受体拮抗剂(NMDA受体拮抗剂APV,non-NMDA受体拮抗剂CNQX)灌流脑片.结果①电刺激nⅧth断端后光学记录显示兴奋传导至CN区域;②CN神经兴奋有激发延迟和高峰延迟,DCN和VCN之间激发和高峰延迟之间比较,差异有显著性意义(P＜0.01);③光学记录可以同步观察氨基酸拮抗剂对多个神经元核团兴奋性传递的作用,NMDA受体拮抗剂APV和non-NMDA受体拮抗剂CNQX对EPSP的抑制作用及其在VCN和DCN的作用方式不同.APV灌流后神经元的EPSP被抑制,计算其减低比率,在VCN为99.10±0.02%(n=18 elements),DCN为76.00±19.20%(n=46 elements).同时,CNQX灌流后神经元的EPSP被抑制,用相同方法计算其减低比率,在VCN为0.90±0.02%(n=18elements),DCN为24.00±19.20%(n=46 elements).结论光学记录膜电位方法可以在神经细胞群的水平上直观观察CN神经电活动的时空二维方式及其兴奋性突触传递过程;药理实验证实,谷氨酸是CN的神经元突触后电位传导的兴奋性递质;谷氨酸两种受体NMDA和non-NMDA均参与介导CN神经元EPSP;NMDA受体和non-NMDA受体的作用在VCN和DCN的不同神经元核团之间有区别.
关键词： 光学记录 电压敏感染料 蜗核 NMDA受体 non-NMDA受体 -
光学成像甘氨酸对蜗核和前庭核神经元兴奋的抑制作用
目的从神经细胞群的水平研究甘氨酸是否对蜗核(cochlear nucleus,CN)与前庭核(vestibular nucleus,VN)神经元核团的兴奋起抑制作用以及其作用方式.方法从新生小鼠(1-3天)制备活体(in vitro)脑干组织切片,并用电压敏感染料(voltage-sensitive dye)进行染色,采用多位点光学记录系统(optical imaging)观察电刺激位听神经(第8颅神经,nⅧth)后传入兴奋的传导.结果光学成像显示电刺激nⅧth后兴奋传导至脑干的CN核团和VN核团,并且光学方法可同步记录256个记录单元(elements)中神经兴奋传导的二维动态过程(n=35).用甘氨酸受体拮抗剂-马钱子碱(50μM)浸泡组织切片后,在CN和VN中的光学信号与脑片在标准人工脑脊液中相比较有明显的增强(n=10).马钱子碱对峰样快反应信号与慢反应信号的增强效应不同,在CN和VN的不同核团之间也有差异.在CN核团,快反应信号与慢反应信号增强幅度分别为154±34%(n=23,elements)和271±91%(n=23,elements),马钱子碱的增强效应与标准ACSF相比有显著性统计学差异(P＜0.05).在VN核团,慢反应信号增强幅度为149±56%(n=17,elements),也有显著性统计学差异(P＜0.05).但是,在VN核团,快反应信号增强幅度仅为102±14%(n=17,elements),与对照组相比较无显著性统计学差异(P＞0.05).另外,马钱子碱增强神经核团的兴奋效应不仅发生在CN和VN核团的中心区域,同时也出现于核团的边缘区域.结论从神经核团的水平上证实甘氨酸是新生鼠CN与VN神经元抑制性神经递质.甘氨酸不仅对CN和VN核团神经元兴奋起"侧抑制"作用,而且对神经元的兴奋强度也起抑制作用.
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光学方法二维成像前庭核神经元的突触传导
为探索前庭核神经元传导的时空二维特征,用吸光性电压敏感染料RH155染色新生小鼠的脑干切片20min,电刺激前庭神经,用光学记录膜电位技术成像前庭核的神经电活动. 结果显示,电刺激前庭神经后光学记录显示前庭核出现神经电兴奋,在部分实验中观察到同侧及对侧前庭核的兴奋传导;前庭核神经兴奋有激发延迟和高峰延迟;所记录的光学信号具有光吸收波长特性,表明光学记录的可靠性;光学信号包括尖峰状快反应信号和持续较长时间的慢反应信号,所有兴奋信号被20μmol/L河豚毒(特异性钠通道阻断剂)不可逆性消除,表明快反应信号来源于钠通道介导的动作电位,慢反应信号被无钙液可逆性阻断,表明慢反应信号可能为兴奋性突触后电位.研究表明,光学记录膜电位方法可以在神经细胞群的水平上直观观察脑干前庭核神经电活动的时空二维方式及其兴奋性突触传递过程.
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用光学成像研究前庭核神经元谷氨酸受体的兴奋性传导
目的在神经细胞群的水平上二维动态观测前庭核(VN)神经元兴奋性谷氨酸递质受体的传导机制.方法自新生小鼠制备脑干切片,用吸光性电压敏感染料RH 155染色,并成像于16×16 elements Photodiode Arrays光学记录系统,电刺激前庭神经断端.为了观察谷氨酸是否为前庭核神经元的兴奋性递质,用受体拮抗剂(NMDA受体拮抗剂APV,on-NMDA受体拮抗剂CNQX)灌流脑片.结果电刺激前庭神经断端后光学记录显示兴奋传导至VN区域; 神经兴奋有激发延迟和高峰延迟;光学记录可以同步观察氨基酸拮抗剂对多个神经元核团兴奋性传递的作用,MDA受体拮抗剂APV和non-NMDA受体拮抗剂CNQX对兴奋性突触后电位(EPSP)的抑制作用.APV和CNQX灌流后神经元的EPSP被抑制,减低比率分别为64.9%±9.06%和35.1%± 9.06%(n=18).结论光学记录膜电位方法可以在神经细胞群的水平上直观观察VN神经电活动的时空二维方式及其兴奋性突触传递过程;谷氨酸是VN的神经元EPSP传导的兴奋性递质;谷氨酸NMDA和non-NMDA受体均参与介导VN神经元EPSP,在新生期以NMDA受体为主.
关键词： 光学记录 电压敏感染料 前庭核 NMDA受体 non-NMDA受体 -
色觉在视皮层定位的磁共振功能成像研究
近20年来,随着资料的积累和新技术的发展,如单组记录、神经示踪、损毁、微刺激、光学记录和遗传工程等技术的出现,色觉的研究进入了崭新的阶段.但这些技术大多都存在侵害性,故多应用于动物实验研究,在猿猴的研究中就有多于25个视区被发现,每一个视区都有其特定的功能特征,但是在人类还是未知的领域[1]
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光学方法分析GABA及GABAA受体在脑干听觉传入通路的作用
目的:旨在探讨脑干听觉传入通路中GABA能神经递质及GABAA受体对电刺激位听神经传入冲动的影响.方法:使用出生后0～5 d的ddy/ddy小鼠制备脑干切片.脑片经电压敏感染料NK3041染色,电刺激与脑片相连的位听神经残端.使用16×16像素的硅光电二极管阵列测量光学信号.所采集的数据使用ARGUS50/PDA软件分析.结果:多部位的光学记录方法显示了从位听神经到耳蜗核和前庭核的兴奋性传导的时间-空间分布.其中每一个光学成分由快峰电位样反应和慢反应组成.抑制性神经递质GABA可降低诱发的光学信号的快反应和慢反应,GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱可增强这些反应.结论:16×16像素的硅光电二极管阵列可记录位听神经刺激诱发的多部位光学信号,每一个光学信号含有突触前及突触后电位成分.抑制性神经递质GABA和GJBAA受体拮抗剂可调节光学信号的兴奋性传导.
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光学方法同步记录成群前庭神经节细胞膜电位
目的:采用电压敏感染料和多位点光学成像系统研究前庭神经节细胞(vestibular ganglion cells,VGCs)电生理特性.方法:自新生小鼠内耳分离并培养的VGCs,用吸光性电压敏感染料RH155染色后,多个或成群VGCs被同时成像于16×16 记录单元 Photodiode arrays ( PDA)光学成像系统.结果:用高钾溶液灌流刺激时发现当VGCs膜电位变化时,膜表面的光吸收增强,光吸收度为0.23 %±0.08 %.并且所记录的光学反应具有波长特性.另外,在本实验条件下,光损伤和染料的药毒性副作用不明显或者可忽略不计.结论:光学记录可以同步观测多个和成群VGCs膜电位变化,是电生理研究的新方法.
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用脑光学成像精确测定猫初级视皮层视野拓扑投射关系
利用基于脑内源信号的光学成像和二维互相关分析的方法,对猫初级视皮层17区的视野拓扑离心度(即视网膜-皮层拓扑关系)进行了精确测量.当采用在同一屏幕内处于上下视野的、方位互相垂直的两个相邻光栅刺激时,皮层中一部分区域的绝大部分细胞因同时兴奋而导致方位功能图模糊不清.将这种方位功能图和用单一方位(水平或垂直)全屏光栅刺激所得到的功能图进行比较,通过计算每一像素的互相关系数,从而获得皮层的精确视野拓扑离心度.同时用电生理的方法测量了同一视皮层内的单细胞的感受野位置,证明这种方法得到的视野离心度和光学记录方法得到的相同.因此,本研究为大面积地确定视皮层细胞感受野在视野中的位置提供了一种快速和较准确的方法.
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光学记录蜗核和前庭核核团神经元电活动
目的在神经细胞群的水平上研究脑干蜗核(cochlear nucleus,CN)和前庭核(vestibular nucleus,VN)神经元电活动.方法自新生小鼠(1～5天)制备离体脑干切片,用吸光性电压敏感染料RH155染色20分钟.采用光学记录膜电位(optical recording membrane potential)技术,观察电刺激位听神经(第8颅神经,nⅧ)后脑干CN和VN的神经电活动.结果①电刺激nⅧ断端后光学记录显示兴奋传导至CN和VN核团(n=40);②CN和VN神经兴奋有激发延迟(onset latency)和高峰延迟(peak latency);③所记录的光学信号具有光吸收波长特性,表明光学记录的可靠性;④光学信号包括峰样快反应信号(spike-likefast signal)和持续较长时间的慢反应信号(slow signal);⑤连续刺激nⅧ后发现慢反应信号大小递减,为突触疲劳(synaptic faiigue)现象.结论本研究表明光学记录膜电位方法可以在神经细胞群的水平上直观观察脑干蜗核和前庭核神经电活动的时空二维方式及其兴奋性突触传递过程,为听觉和平衡觉中枢生理研究提供了新的手段.
