小小動(dòng)物腦神經(jīng)活動(dòng)熒光壽命分析儀

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）及韓國(guó)梨花女子大學(xué)的相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)系統(tǒng)在啟動(dòng)一個(gè)行動(dòng)時(shí)，直接和間接的兩種工作途徑。這些研究為研制針對(duì)帕金森氏癥等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新治療方法鋪平了道路，先關(guān)論文發(fā)表在《Nature》雜志上。
研究人員表示，這項(xiàng)研究成果十分重要，因?yàn)樾卵芯坎粌H表明了啟動(dòng)一個(gè)行動(dòng)時(shí)神經(jīng)系統(tǒng)的作用機(jī)制，而且也指出了清晰識(shí)別之前無(wú)法觀察到的許多神經(jīng)通路的方法。

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NIH的Cui Guohong以及韓國(guó)梨花女子大學(xué)的Jun Sang-Beom發(fā)表了題為“Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation”的文章，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)系統(tǒng)在啟動(dòng)一個(gè)行動(dòng)時(shí)候的作用方式，這為研制針對(duì)多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森氏癥的新治療方法鋪平了道路。

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Cui采用基于光纖的激發(fā)和探測(cè)系統(tǒng)記錄老鼠的復(fù)雜任務(wù)時(shí)的腦神經(jīng)活動(dòng)。老鼠被放置在一個(gè)放有食物盒子的小隔間中，小隔間兩端有控制桿可以打開(kāi)食物盒子。為了打開(kāi)食物盒子，老鼠必須觸碰左邊或右邊的控制桿。研究小組在老鼠大腦中利用熒光鈣指示蛋白GCAMP3放大了靶向途徑的信號(hào)，熒光指示劑可以通過(guò)植入老鼠大腦內(nèi)的光纖進(jìn)行激發(fā)和采集。

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基于光纖的激發(fā)和探測(cè)系統(tǒng)如下圖所示：



激發(fā)光采用單模光纖傳輸?shù)嚼鲜蟠竽X中，因?yàn)槎嗄９饫w則會(huì)由于光纖彎曲產(chǎn)生行動(dòng)假象的散班圖。為提高采集效率，探測(cè)的光纖采用多模光纖，模式跳動(dòng)引起的熒光強(qiáng)度變化將不會(huì)發(fā)生，因?yàn)闊晒庑盘?hào)的光譜范圍寬且被全部被耦合到探測(cè)器。激發(fā)和發(fā)射的光纖如下圖所示：

針對(duì)Invivo應(yīng)用十分重要的一點(diǎn)是激發(fā)和探測(cè)的系統(tǒng)可以很容易的和小動(dòng)物連接和斷開(kāi)。這是通過(guò)質(zhì)量很輕的小尺寸光纖接頭實(shí)現(xiàn)的，整體的總量只有2g。詳細(xì)信息如下圖所示：

整個(gè)系統(tǒng)用來(lái)探測(cè)在啟動(dòng)行為的時(shí)候會(huì)被激活的直接和間接途徑。研究人員可以記錄老鼠在打開(kāi)左側(cè)和右側(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)熒光信號(hào)的差異。令人驚奇的是，信號(hào)可以在老鼠動(dòng)作行為100ms之前被探測(cè)到，這意味著和老鼠動(dòng)作的決定相關(guān)，詳情可參見(jiàn)相關(guān)論文。

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