2,702发现的研究成果

    用蛋白质电压和钙传感器监测大脑活动

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    ©作者,2015年。本文是根据知识共享署名许可证的条款分发的。最终版本发表在Scientific Reports 5(2015):10212,doi:10.1038/srep10212上。要了解不同细胞类型在神经回路产生的行为中的作用,需要蛋白质指示剂以高时空分辨率报告神经活动。原则上,基因编码荧光蛋白(FP)电压传感器是理想的候选者,它可以光学报告不同细胞群中的电活动。在这里,我们证明FP电压传感器ArcLight在使用宽场和双光子成像的单个试验中报告了体内哺乳动物嗅球中的气味诱发电活动。ArcLight解决了单个肾小球中的快速气味反应,并在肾小球中分布气味反应。ArcLight与蛋白质钙传感器GCaMP3和GCaMP6f之间的比较表明,ArcLiight具有更快的时间动力学,能够更清楚地区分单个气味刺激所引发的活动。相反,来自两个GCaMP的信号是活动的饱和积分,相对较慢地返回到基线。ArcLight使哺乳动物体内神经元群体活动的光学电生理学成为可能。由美国国立卫生研究院DC005259、韩国国家研究基金会WCI 2009-003、耶鲁大学James Hudson Brown–Alexander Brown Coxe奖学金和Ruth L.Kirschstein国家研究服务奖DC012981支持

    双光子成像与神经网络动力学分析

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    星光灿烂的夜空,刚煮好的咖啡的味道或者海浪拍打海滩的声音代表了由数千人的动态互动创造的物理世界我们大脑中的神经元。大脑如何调节感知、创造思维、,储存记忆并发起行动仍然是最深奥的难题之一生物学,如果不是所有的科学。机械理解的关键神经系统的工作是分析神经元动力学的能力感官刺激和行为。大脑的动态特性在单个神经元的微观水平和整体的宏观水平脑区主要借助于各种电生理技术。然而,我们对包含本地人口的介观层次的理解成百上千的神经元(所谓的“微电路”)仍然存在相对较差。在很大程度上,这是由于技术从大型神经元网络记录的困难单细胞空间分辨率和近毫秒时间分辨率活体动物的大脑。近年来,双光子显微镜已经成为一种满足许多这些要求的技术,因此已成为局部神经电路查询的选择方法。这里,我们神经元双光子成像领域的研究现状人群,涵盖显微镜技术主题,合适的荧光指示染料、染色技术,特别是分析技术从荧光数据中提取相关信息。我们希望如此使用双光子成像对神经网络进行功能分析将有助于解读神经微电路的基本工作原理。评论:36页,4幅图,接受发表在《进展报告》中在Physic中

    脑切片中神经信号的电生理记录和成像

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    大鼠海马脑片中神经元和星形胶质细胞与时空内在光信号相关

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    无标签内在光信号(IOS)被广泛用于绘制体内传入激活的脑区,主要归因于胶质细胞摄取谷氨酸后的血容量变化。相比之下,体外IOS成像通常归因于神经元和胶质细胞肿胀,但不同细胞类型和分子参与者的相对贡献仍基本未知。我们使用464元件光电二极管阵列设备对大鼠海马切片中的IOS至Schaffer侧支刺激进行了表征,该设备能够以0.6 ms的时间分辨率进行IOS监测,并同时进行场电位记录。我们通过在50 ms(20 Hz)内施加中等强度的50 V模拟序列来使用短暂的半最大刺激。IOS主要见于海马束锥体和放射束束近端区域。它通过河豚毒素阻断电压门控Na+通道而被消除,并通过γ-氨基丁酸(A)受体拮抗剂皮rotoxin抑制抑制性信号传导而显著增强。我们发现IOS主要由突触后Glu受体激活启动,并通过激活星形胶质细胞Glu转运体和不依赖Mg2+的星形胶质细胞N-甲基-D-天冬氨酸受体而进展。在控制条件下,观察到神经元K+/Cl-协同转运蛋白KCC2的作用,而胶质细胞Na+/K+/Cl协同转运蛋白NKCC1的作用不明显。还分别描述了通过非特异性Cl-和容量调节阴离子通道对IOS的轻微增强和抑制。脑片短暂传入刺激诱发的高频IOS成像为研究IOS发生机制提供了新的范式。主要参与者以这种方式揭示,时空IOS反映了谷氨酸能神经元的激活和星形胶质细胞的反应,正如在海马体中观察到的那样。我们的模型可能有助于更好地解释体内IOS并支持未来的诊断

    脊椎动物神经系统发育中神经活动的可视化和操纵

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    脊椎动物发育过程中的神经活动在塑造电路的形成和功能方面起着关键作用。发育中神经系统各部分的模式化神经活动被认为调节轴突生长、轴突靶向和突触精细化。利用药理操作的体外制剂对发育过程中模式化神经活动的性质和作用进行了经典研究。在这篇综述中,我们讨论了在发育过程中用于可视化和操纵神经活动模式的最新可用和发展中的分子遗传学工具

    大鼠枕状皮层扭体前后的电压敏感性染色成像

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    为了确定抑制细胞在点燃前后大鼠梨状皮层(PC)活性增殖中的作用,我们使用电压敏感染料成像技术跟踪用β和γ频率刺激外侧嗅道(LOT)后PC三层膜电位的变化。刺激LOT后,兴奋性反应(第二层)和抑制性反应(在第三层)通过PC传播。通过应用GABAa受体拮抗剂加巴静降低抑制,降低抑制性反应,增加对照大鼠的兴奋性反应;然而,它并不影响点燃大鼠的兴奋和抑制反应。此外,切割第二层以下的切片会降低这两种反应。因此,我们得出结论,第三层的去抑制作用肠肽是主要细胞放电所必需的,点燃可通过增加PC第三层的去抑制作用而导致癫痫发作

    蝗虫和果蝇嗅觉系统的神经电路动力学和集成编码

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    原始的感官信息通常由生物体的大脑进行处理和重新格式化,以执行识别、辨别、跟踪和存储等任务。本文主要研究蝗虫和果蝇两种昆虫早期嗅觉系统中神经回路的处理策略。触角叶(AL)中的投射神经元(PN)对蝗虫触角发出的气味作出反应,以缓慢的时间模式发出信息,这在试验中是一致的。它们的下游目标,蘑菇体(MB)的凯尼恩细胞(KC),一次从大的瞬时同步PN群接收输入。信息以与AL中产生的振荡活动周期相对应的时间片到达。在论文的第一部分中,使用集成级分析技术来了解AL-MB系统如何处理不同浓度的气味识别问题。单个PN气味响应随着浓度的变化可能会发生显著变化,但PN整体响应中的不变模式表明,KC可以在广泛的强度范围内提取气味特征。其次,研究了早期嗅觉系统对刺激史的敏感性。发现PN系综和KC能够在大多数情况下跟踪一种气味,当它与另一种气味发生脉冲或重叠时,但它们偶尔会失败(被掩盖)或达到与单独或静态混合物中的气味不同的中间状态。论文的最后一部分着重于果蝇新记录技术的发展,果蝇是一种遗传学和行为研究都很深入的有机体。钙的基因表达荧光传感器为研究苍蝇的整体活动提供了最佳选择。这里,同步电生理学和双光子成像用于评估G-CaMP(一种流行的基因表达钙传感器)与PN电活动之间的相关性。该传感器的时间分辨率较差,并错过了显著的峰值活动。更一般地说,这种电生理学和成像的结合可以探索果蝇的功能连接和整体活动的校准成像</第页

    神经元活动的大规模细胞成像:神经个体性和小鼠皮层成像方法的研究

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    大脑中包含大量具有不同基因表达、形态和连通性的神经元。这些神经元在行为过程中表现出不同的活动。研究特定行为的神经编码需要记录电路中各种神经元的活动。一种吸引人的方法是以细胞分辨率同时成像非常大的神经元群的活动。然而,同时记录数万个神经元的钙信号并非易事。金标准技术,双光子激光扫描显微镜,通常允许记录数百个神经元。最近,我们开发了客观耦合平面照明(OCPI)显微镜,它使用薄片光在2秒钟内对约10000个神经元的整个体积进行成像。我的论文包括这样一种快速大规模成像技术的应用和进一步的方法学发展:1) 大尺度功能成像揭示了小鼠信息素敏感神经元的个体性、二型性和可塑性。不同的个体表现出不同的行为,这可能归因于大脑之间的神经元差异。然而,研究神经个体性,尤其是在单个神经元的功能水平上,需要一种有效的方法来测量电路中不同神经元群体的细胞活动。在这里,我使用OCPI显微镜对完整的小鼠犁鼻器官中的信息素敏感神经元进行了钙成像。详尽的记录使我们能够对每只动物的17种功能明确的神经元类型进行强有力的检测。动物间的差异远大于随机抽样的预期,不同的细胞类型表现出不同程度的变异性。一个显著的差异是雄性存在神经元类型,而雌性几乎不存在,动物在调查行为中表现出相应的二态性。令人惊讶的是,这种二形性不是天生的,而是可塑性产生的,因为接触女性气味会导致这种细胞类型的消除和行为的改变。这一发现表明,神经元类型中的全或单二型性是由经验控制的,即使是在专门用于先天反应的感觉系统中,这一发现也突显了后天培养在神经个体性中的非凡作用。2) 新一代OCPI显微镜能够通过薄片显微镜对小鼠大脑活动进行前所未有的大规模活体成像。我构建了一种新型的OCPI显微镜,即水平扫描客观耦合平面照明(hsOCPI)显微镜,与OCPI相比,其成像体积和速度提高了约15倍,因此能够同时记录约10万个神经元。使用这项技术,我拍摄了斑马鱼幼体的整个神经系统(包括脊髓)和小鼠体内皮质醇的平方毫米斑块。标本周围的微型光学元件允许通过头戴式小鼠的颅骨窗口进行活体成像。这项技术首次将光学显微镜应用于小鼠皮质醇体内钙成像。对具有细胞分辨率的皮层活动进行异常大规模的采样,将为大脑回路的功能带来新的见解
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