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无线脑成像技术侵入性较小,在神经科学中具有广阔前景

发布:laserpulse阅读:372时间:2019-6-14 13:29:00

日本大阪大学的研究人员开发出一种同时记录多只自由活动小鼠大脑活动的方法。 该方法基于最近基于生物发光的膜电压指示信号。研究人员将该指示信号(称为LOTUS-V)应用于初级视觉皮层中的细胞,已知该细胞响应于运动活动和视觉刺激。 生物发光探针经遗传编码 - 通过共同的基因表达系统(腺相关病毒)非侵入性地传递给靶细胞。 其信号来自细胞膜电压变化,其反映了响应视觉刺激和运动活动的大脑活动,包括与其他小鼠的相互作用。

同时观察来自四只小鼠的初级视觉皮层(绿色)的生物发光(左)。 伪彩色的运动轨迹,展示了在同一笼中彼此自由相互作用的四只小鼠的速度(中心)和大脑活动(右)。

Takeharu Nagai说:“LOTUS-V方法报告了自由移动的老鼠的大脑活动,具有良好的敏感性和无运动伪影。更重要的是,它可以测量社交互动过程中初级视觉皮层中动态变化的大脑活动。”小鼠中现有的基于电生理学和荧光的脑成像技术通常是侵入性的,需要头部固定或电缆,并且不适合于长期记录。虽然最近在自由移动的动物中成像方法取得了进展,但对于对大脑相关的社会行为感兴趣的研究人员仍然存在很大的局限性。

“电缆扰乱了自然动物行为和社会互动,”Nagai告诉Photonics Media。他说,如果在笼子里放置一只以上的小鼠,那么连接在头上的电缆就会缠结,它们的行为和运动会立即或最终受到严格限制。 Nagai说:“只有无线成像方法可以避免这种干扰,并且可以同时检测来自多个自由移动的动物的大脑活动。”即使对于单个动物,电缆也被认为会引起压力。

LOTUS-V证明当小鼠接近其他人时,神经活动显著增加。重要的是,信号不受附近其他小鼠发出的泄漏信号的影响,这意味着它忠实地反映了体内大脑活动。“我们的方法成功地检测到了初级视觉皮层表层的活动 - 这个深度约为300微米,”该研究的第一作者Shigenori Inagaki说。测试它在更深的大脑区域记录的适用性是很重要的。虽然LOTUS-V方法的时间分辨率足以研究由特定事件触发的大脑活动的动态,但它还不优于基于光纤的方法。

“这些结果对于社会神经生物学家来说真的很令人兴奋,”Nagai说。”它具有微创性,不需要电缆或头部固定,适用于自由移动动物的长期记录,这意味着它也可用于广泛的其他研究领域。Nagai告诉Photonics Media,新方法将用于发现对社交互动至关重要的新的大脑区域或活动模式,这可能会引领治疗的新目标。他说,所有动物的大脑都需要经过精心调整才能调节社交互动。“研究人员可以应用这种方法进行各种类型的新测试,”Nagai说,“包括药物筛查或新型治疗 - 例如,环境浓缩,食物控制,睡眠/昼夜节律控制等 - 同时监测大脑感兴趣的活动和正在进行的动物互动。“虽然研究人员尚无法确定该技术的强大程度,但Nagai预计从测试中收集的信息将促进技术的改进。

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