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大脑细胞活动成像技术
分类:国际医学技术 来源:本站编辑部 作者:med00 职称:
摘要:
如果想要真正了解大脑在遇到复杂环境时的运作方式,我们需要尽可能使动物表现出自然的行为。而这项新技术则是一个里程碑式的进步,为大脑感知和注意力相关机制的研究提供了一种新的方法。

德国的科学家通过将一种微型显微镜安装在老鼠的头部,能够同时观察到自由活动的老鼠大脑中许多细胞复杂的活性表现。这项新技术使得科学家能够实时地观察到在自然状态下的动物大脑细胞的运作方式,有助于加深对大脑感知和注意力的理解。

我们生命的大部分时间是在静态的世界中移动,对于整个世界我们会同时通过视觉和其他感官产生认知。

我们都有自由观察环境的能力。在观察的过程中,我们的大脑会根据眼睛,耳朵,皮肤等感受到的信息输入实时不断地更新我们的位置信息。研究人员试着去理解这些是如何发生的,主要面临的问题则是如何记录来自与大脑细胞的有用信息。

为了解决上述问题,研究人员开发了一种新方法,能够实时监测动物大脑中许多细胞的活性,当其在环境中自由移动时。他们开发了一种微小而轻巧的激光扫描显微镜,该仪器能够在第一时间成像动物大脑中荧光神经元的活性,并追踪空间中动物的准确位置。

这种显微镜使用高性能的脉冲激光器和光纤扫描大脑表皮下的细胞,而不需要传统技术中电极的插入,所以这种显微镜对大脑组织没有侵害性。

这种微型显微镜使得科学家能够观察在环境中自由行动的动物,并检测大脑细胞在处理可视化信息时的活性。很显然,大脑不会一次只运作一个细胞,而这种显微镜则能同时记录许多细胞,科学家第一次能够实时地观察到大脑感知外面世界的内部表现。

这项研究的负责人Jason Kerr介绍说,如果想要真正了解大脑在遇到复杂环境时的运作方式,我们需要尽可能使动物表现出自然的行为。而这项新技术则是一个里程碑式的进步,为大脑感知和注意力相关机制的研究提供了一种新的方法。

原始出处:

PNAS November 4, 2009, doi: 10.1073/pnas.0903680106

Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals

Juergen Sawinskia,1, Damian J. Wallacea,1, David S. Greenberga,1, Silvie Grossmannb, Winfried Denkb and Jason N. D. Kerra,2

aNetwork Imaging Group, Max Planck Institute for Biological Cybernetics, Spemannstrasse 41, 72076 Tübingen, Germany; and
bDepartment of Biomedical Optics, Max Planck Institute for Medical Research, Jahnstrasse 29, 69120 Heidelberg, Germany

We describe a miniaturized head-mounted multiphoton microscope and its use for recording Ca2+ transients from the somata of layer 2/3 neurons in the visual cortex of awake, freely moving rats. Images contained up to 20 neurons and were stable enough to record continuously for >5 min per trial and 20 trials per imaging session, even as the animal was running at velocities of up to 0.6 m/s. Neuronal Ca2+ transients were readily detected, and responses to various static visual stimuli were observed during free movement on a running track. Neuronal activity was sparse and increased when the animal swept its gaze across a visual stimulus. Neurons showing preferential activation by specific stimuli were observed in freely moving animals. These results demonstrate that the multiphoton fiberscope is suitable for functional imaging in awake and freely moving animals.

 

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浏览次数:6941次   发布日期:2009-12-24

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