光遺傳系統

光遺傳是指結合光學與遺傳學手段，精確控制特定神經元活動的技術。該技術利用分子生物學、病毒生物學等手段，將外源光敏感蛋白基因（比如CHR2、NpHR）導入活細胞中，在細胞膜結構上表達此光敏蛋白；然后通過特定波長光的照射，光敏蛋白即可激活與關閉，從而控制細胞膜上離子通道的打開與關閉，改變細胞膜電壓的變化，如膜的去極化與超極化。進而引起神經元的激活或抑制。

運用此技術廣泛用于研究該神經網絡功能，特別適用于在體、甚至清醒動物行為學實驗。

在體多通道電生理記錄系統

多通道記錄系統主要是通過多通道電極陣列植入到實驗動物頭部，將神經元的胞外高頻的動作電位信號以及記錄電極所在腦區的局部場電位信號實時采集出來，通過多級腦電信號放大，把幾微伏的腦電信號放大到幾伏，然后經過數模轉換，把信號傳輸到計算機中，通過軟件分析所有信號，實現實時分析，為腦中群體神經元編碼、存儲和提取神經信息提供了時間上的同步，也反映了大腦神經網絡信息處理的不同活動模式。所有放大后的腦電信號也可以被記錄下來，然后通過系統中傳感器得到動物體的準確空間位置，并且相關信息與腦電信息被同步后存入計算機。
 

光遺傳在體電生理記錄解決方案

以“光遺傳在體電生理記錄小鼠紋狀體D1中型多棘神經元的活動模式”為例

光遺傳-在體多通道電生理記錄系統,用其對直接通路中型多棘神經元(D1-MSN)的活動模式進行在體記錄。方法:首先向D1-Cre轉基因小鼠紋狀體背外側注射攜帶光敏陽離子通道channelrhodopsin-2(ChR2)基因的腺相關病毒,使ChR2在D1-MSN上通過Cre重組酶的同源重組而特異性表達。之后通過光刺激和電生理記錄相結合的方式在體記錄D1-MSN的活動模式。結果:D1-Cre小鼠紋狀體在注射病毒后通過熒光顯微鏡觀察,可發現明顯的熒光信號,證明病毒正常表達。通過光遺傳-在體多通道光電極記錄系統,本研究成功地在紋狀體內用光刺激誘發了MSN的電活動。通過對記錄的電信號進行數據分析,證明了光刺激誘發的電信號確實來自于D1-MSN,成功地對D1-MSN活動模式進行了在體記錄。

結論:結果提示光遺傳-在體多通道光電極記錄系統是一種對紋狀體D1-MSN電活動模式記錄的可選新方法。

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