小鼠皮层钙成像及其在压杆运动中的应用

发布时间：2021-07-23 08:36

　　要了解大脑这样复杂的系统,有效的观测手段是不可缺少的。数十年来,细胞外电生理学一直是人们记录大脑信号的主要手段,但由于其固有局限性,新的观测方法应势而生,其中钙成像方法突破了电生理方法的许多局限性,例如钙成像能同时记录数量更多的神经元并且能确保长时间内记录到的是同一细胞。所以,钙成像方法以其突出优势,逐渐成为有效的工具,并且在一些动物上成功实现。本文要实现的目标就是在小鼠运动皮层成功记录到钙成像,并利用钙成像代替以往的电信号,作为神经解码范式——小鼠压杆中的信号源,解码小鼠的压杆动作。我们采用了 3种钙成像手术方式,一共在49只小鼠上进行了手术探索,最终有2种方法获得了成功,分别在2只和3只小鼠大脑皮层中成功记录到了神经元信号。我们对其中4只小鼠进行压杆训练,并同步记录了钙成像和小鼠的压杆动作。最终每只鼠都成功完成3次任务,每次任务持续12-20分钟。本文进一步利用单光子成像信号提取流程对每次任务获取到的钙成像视频进行神经信号增强、运动校正、神经元信号提取等处理,最终获取了神经元钙信号变化轨迹。最后利用主成分分析和t分布的随机邻近嵌入对钙信号进行降维,将低维的钙信号特征样本作为支持向量... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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图１．２微型显微镜的成像示意图［２５］??

?＾??Ｓｐｅｃｉｍｅｎ??图１．２微型显微镜的成像示意图［２５］??在清醒自由的小鼠上实现在体钙成像的需求众多，所以小动物便携式小型化??显微镜的研究一直在取得一个又一个的突破性的进展，其中Ｍａｒｋ?ＪＳｃｈｎｉｔｚｅｒ小组??一直致力于钙成像显微镜的研究和优化并取得了很多优秀成果。??２１世纪初前后，最先用来记录在体荧光钙信号的是光纤仪器，用来监测小鼠??等哺乳动物活动时的光学信号，这些信号为细胞群体的荧光参数而不是细胞图像??［９０］。通常其分辨率太低而无法分辨单个细胞。２００１年，Ｈｅ丨ｍｃｈｅｎ［９１］提出了一??种应用于自由活动的大鼠上的光纤扫描双光子显微镜，其中激发光在单模光纤中??传导到显微镜，利用光纤尖端的振动扫描图像。该显微镜能在麻醉大鼠的新皮质??中成像

实验组利用这种荧光显微镜观察小鼠在一段时间内探索三种不同的环境时的海??马ＣＡ１区域的神经元钙活动，在一段时间内均能稳定记录小鼠自由活动时的钙成??像［９６］，如图１．５所示。??一?－??１０?ｓ?１??图１．５微型集成荧光显微镜成像海马ＣＡ１区域［９６］??（ａ）原始成像的平均荧光的示例；（ｂ）相对荧光变化的示例图像；（ｃ）从（ｂ）中提取的细??胞；（ｄ）从单个神经元中提取的钙轨迹。（ａ）?－?（ｃ）的尺标均为１００ｐｍ。??２０１３年，美国Ｉｎｓｃｏｐｉｘ公司的微型单光子焚光显微镜ｎＶｉｓｔａＨＤ系统被??ＴｈｅＳｃｉｅｎｔｉｓｔ杂志评为当年“十大创新产品”，称其能够在分子水平上，对正在执行??既定行为任务的动物大脑中的数以千计的神经元活动进行成像；２０１７年，北京大??学的研究人员在高时空分辨在体成像系统研制方面取得突破性技术进展，成功研??制出２．２克微型化佩戴式双光子荧光显微镜，在动物自然行为条件下，实现对神??经突触、神经元、神经网络、多脑区等多尺度、多层次动态信息处理的长时程观??察［９７］，被评委年度“中国十大科学进展”。以上的相关技术和研究进展提示，我们??可能正处于广泛采用光学成像技术在清醒的行为动物上记录和观测大脑活动研??究大脑功能的风口浪尖［９８］。??１２??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3298957