电压敏感染料di-4-ANEPPS的光谱研究

实验研究了电压敏感染料di-4-ANEPPS在家兔心肌组织中的吸收光谱和荧光光谱特性。结果表明,含染料组织的光吸收普遍大于对照组,在450~550 nm波段吸收谱差异更明显;染料在心室组织中的最大吸收峰为（479.75±0.44）nm。通过测量含染料心脏不同部位的荧光光谱,首次发现心室组织、心房组织和主动脉的最大荧光峰位有一定差异,其相对荧光强度则与染料的分布浓度有关。根据三维和二维荧光光谱分别确定了含染料心房和心室组织的最佳荧光激发波长和荧光测定波长。利用心房和心室组织的静息电位差,在不同波长激发光下测量了染料的荧光光谱移动,确定了光标测量实验的最佳激发光和相应荧光检测波长范围。这些研究结果为心脏光学标测系统的设计提供了理论依据。

用电压敏感染料光学记录膜电位

应用传统电生理方法如微电极和膜片钳技术 ,在记录较小的神经细胞和纤细的神经突起膜电位及同步记录神经细胞群的电活动等方面目前仍是一大难题。随着生理科学和神经生物学的发展 ,利用电压敏感染料光学记录膜电位技术已成为一种较为理想的新手段。本文对光学记录膜电位技术的发展史、染料特性和作用机制、光学成像及膜电位记录原理、目前的光学方法中某些不足及未来前景等做了较系统的介绍 。

电压敏感染料膜电位光学标测技术

电压敏感染料的膜电位光学标测是一项集分子光子学、生理科学、计算机科学等诸多学科为一体的高科技技术手段。与传统的微电极、膜片钳技术相比,它不仅可以多位点、同步测量膜电位的变化,而且可以标测细胞群电活动的传导特性,为研究较小细胞和纤细的神经突起、心律失常等生理活动提供了可能。由于它可以避免外部电磁场的干扰,因此已成为研究心脏电除颤等机理较为理想的手段。本文重点介绍了电压敏感染料膜电位光学标测技术的工作原理、系统构架以及目前的主要应用及其未来的发展方向。

电压敏感染料DiBAC4(3)用于检测胚胎细胞膜电位变化的研究

目的:探讨电压敏感染料DiBAC4(3)用于检测胚胎细胞膜电位变化的可行性。方法:分别取单细胞期胚胎、二细胞期胚胎、囊胚期胚胎,用M16孵育0.5 h后加入终浓度5μmol/L的DiBAC4(3)溶液,每隔10min在荧光显微镜下或激光共聚焦显微镜下观察胚胎细胞荧光强度变化,0.5 h后实验组加入终浓度100mmol/L的KCL溶液,对照组加入与KCL溶液等量的M16,每隔5 min观察胚胎细胞荧光强度变化。结果:每个时期的胚胎细胞都可以被DiBAC4(3)染色,没加KCL前半小时荧光强度随时间缓慢增强,加KCL后即刻荧光强度显著增强,且在15 min内荧光强度随时间增强。结论:电压敏感染料DiBAC4(3)可以用于胚胎细胞膜电位变化的检测。

电压敏感染料di-4-ANEPPS在灌注液中的光谱特性

研究了电压敏感染料di-4-ANEPPS在溶液中的吸收光谱和荧光光谱特性.结果表明,染料的吸收峰在480nm附近,加入钙阻断剂BDM不会影响染料的吸收峰位.染料在去离子水和新鲜台氏液中的荧光发射光谱峰位近似,而在灌注后的台氏液中染料的荧光峰位有蓝移现象.这些研究结果为心脏光学标测系统的设计提供了理论依据.

快反应电压敏感染料脑片功能性成像结合全细胞膜片钳记录的体外研究

在大脑的许多区域，局部回路的连接被分离成特定的层状体或神经纤维球，如海马、大脑新皮质和嗅球等。在解剖学上这些区域相互分隔。而功能成像对表现回路特征发挥着独特的作用。电压敏感染料成像（voltage-sensitive dye imaging）是通过探测相应脑组织的电活动或局部新陈代谢活动所引起的光学性质的微小变化来进行功能成像的。

基于电压敏感染料的生物膜电位光学记录及光学标测技术

脑的结构和功能是对人类认识世界、认识自我的最终挑战，神经科学是21世纪最活跃的前沿基础学科之一。过去几十年神经科学的研究得到了迅速的发展。目前常用的工具手段有近红外光内源信号成像（NIR），功能核磁共振成像（fMRI），正电子发射断层成像（PET），

电压敏感染料成像技术及其在神经科学中的应用

电压敏感染料成像(voltage sensitive dye imaging,VSDI)技术利用结合在神经细胞脂膜上的染料,将膜电位转化为荧光或光吸收信号,并用光学成像方法对神经电活动进行多点测量。VSDI在过去的50年内发展迅速,其良好的时空分辨率使它成为一种在介观(mesoscopic)时空尺度上研究神经元群体电活动的实用技术。这项技术对探索大脑功能和研究神经系统疾病有着重要的贡献。本文首先对该技术的发展历史做一简单介绍,接下来简述当今世界上这一领域的主要研究内容,以及该技术的发展前景。

电压敏感性染料在癫痫动物模型的实验研究

目的:利用电压敏感性染料将癫痫灶染色,以期准确判断病灶的范围.方法:实验组采用青霉素皮质注射制作新西兰白兔急性癫痫模型,对照组用生理盐水皮质注射,利用电压敏感性染料进行染色,观察并记录染料显色情况.结果:在脑皮质局部点染电压敏感性染料后观察30min,脑皮质均被染成红色.其中对照组一直表现为红色,并再未出现颜色变化;实验组癫痫灶出现颜色变化,染色率为89.47%.结论:电压敏感性染料可以在癫痫动物模型上对脑皮质癫痫灶进行染色,以确定痫灶的准确范围.

基于ANEP染料荧光光谱迁移的单波长心脏光学标测系统

近几年来,光学标测技术已经成为心脏电生理研究中一种非常重要的手段。它利用对嵌在细胞膜上的电压敏感染料随着膜电位变化而产生的荧光光谱迁移进行成像,来进行心律失常与电击除颤等电生理研究。文章测量了常用的电压敏感染料di-4-ANEPPS的荧光光谱,并根据该染料的光谱迁移,设计了一套包括一个通用CCD相机的单波长光学标测系统,可以达到较高的时空分辨率。记录心肌细胞中的电兴奋传导过程,从而可以为今后国内心律失常作用机制的研究工作提供一个有力的工具。

光学方法同步记录成群前庭神经节细胞膜电位

目的 :采用电压敏感染料和多位点光学成像系统研究前庭神经节细胞 (vestibularganglioncells ,VGCs)电生理特性。方法 :自新生小鼠内耳分离并培养的VGCs ,用吸光性电压敏感染料RH15 5染色后 ,多个或成群VGCs被同时成像于 16× 16记录单元Photodiodearrays (PDA)光学成像系统。 结果 :用高钾溶液灌流刺激时发现当VGCs膜电位变化时 ,膜表面的光吸收增强 ,光吸收度为 0 .2 3%± 0 .0 8%。并且所记录的光学反应具有波长特性。另外 ,在本实验条件下 ,光损伤和染料的药毒性副作用不明显或者可忽略不计。结论 :光学记录可以同步观测多个和成群VGCs膜电位变化 。

脑功能光学成像研究进展

首先对脑功能成像技术的研究背景和发展历程进行了简单的回顾 ,然后对脑功能光学成像方法进行了分类综述 ,主要介绍了电压敏感性染色成像、内源光学成像、光学相干层析成像、神经元活动相关光信号成像等成像方法的原理和最新进展 ,并总结了选择光学成像系统所应考虑的因素 ,最后 ,通过对各种成像方法的分析和比较 ,提出了改进和完善脑功能光学成像技术的建议 。

用光学成像研究前庭核神经元谷氨酸受体的兴奋性传导

目的 在神经细胞群的水平上二维动态观测前庭核 (VN)神经元兴奋性谷氨酸递质受体的传导机制。方法 自新生小鼠制备脑干切片 ,用吸光性电压敏感染料RH 15 5染色 ,并成像于 16× 16elementsPhotodiodeArrays光学记录系统 ,电刺激前庭神经断端。为了观察谷氨酸是否为前庭核神经元的兴奋性递质 ,用受体拮抗剂 (NMDA受体拮抗剂APV ,non NMDA受体拮抗剂CNQX)灌流脑片。结果 电刺激前庭神经断端后光学记录显示兴奋传导至VN区域 ;神经兴奋有激发延迟和高峰延迟 ;光学记录可以同步观察氨基酸拮抗剂对多个神经元核团兴奋性传递的作用 ,NMDA受体拮抗剂APV和non NMDA受体拮抗剂CNQX对兴奋性突触后电位 (EPSP)的抑制作用。APV和CNQX灌流后神经元的EPSP被抑制 ,减低比率分别为 6 4 9%± 9 0 6 %和 35 1%± 9 0 6 % (n =18)。结论 光学记录膜电位方法可以在神经细胞群的水平上直观观察VN神经电活动的时空二维方式及其兴奋性突触传递过程 ;谷氨酸是VN的神经元EP SP传导的兴奋性递质 ;谷氨酸NMDA和non NMDA受体均参与介导VN神经元EPSP。

心肌膜电位的光学标测技术及实验研究

基于电压敏感染料膜电位光学标测的原理,建立了一套光标测系统,主要包括LED激发光源、以及由滤光片、CCD、A/D采集卡及计算机构成的荧光信号采集、处理部分.目前,整套系统已可自动完成图像采集、实时显示,以及部分后处理等工作,已获得兔心室组织细胞膜动作电位.另外,在建立系统的同时,研究了光学标测实验方法,对离体兔心脏急性缺血的主要电生理特征进行了标测实验,并结合仿真研究的结论说明了缺血后有效不应期时空异质性的存在以及组织中电兴奋传导速度的减慢是缺血导致折返性心律失常的主要机制.

光学记录蜗核和前庭核核团神经元电活动

目的 在神经细胞群的水平上研究脑干蜗核 (cochlearnucleus ,CN)和前庭核 (vestibularnucleus ,VN)神经元电活动。方法 自新生小鼠 (1～ 5天 )制备离体脑干切片 ,用吸光性电压敏感染料RH155染色 2 0分钟。采用光学记录膜电位 (opticalrecordingmembranepotential)技术 ,观察电刺激位听神经 (第 8颅神经 ,nVIII)后脑干CN和VN的神经电活动。结果 ①电刺激nVIII断端后光学记录显示兴奋传导至CN和VN核团 (n =40 ) ;②CN和VN神经兴奋有激发延迟 (onsetlatency)和高峰延迟 (peaklatency) ;③所记录的光学信号具有光吸收波长特性 ,表明光学记录的可靠性 ;④光学信号包括峰样快反应信号 (spike -likefastsignal)和持续较长时间的慢反应信号 (slowsignal) ;⑤连续刺激nVIII后发现慢反应信号大小递减 ,为突触疲劳 (synapticfatigue)现象。结论 本研究表明光学记录膜电位方法可以在神经细胞群的水平上直观观察脑干蜗核和前庭核神经电活动的时空二维方式及其兴奋性突触传递过程 。

电刺激听神经诱发小鼠脑干神经元活动的光信号及GABA能的作用

目的 使用光学记录的方法观察小鼠脑干听神经电刺激诱发冲动的时间 空间分布 ,及抑制性神经递质GABA和GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱 (BMI)对听觉诱发冲动的影响。 方法 使用出生后早期的 (0～ 5d)ddy/ddy小鼠 ,在冷冻条件下制作有活性的脑干切片 ;用电压敏感染料 (NK 30 4 1)做脑片染色 ;16× 16像素的硅光电二极管阵列 (16× 16pixelsSiliconPhotodiodeArray)设备用来记录刺激听神经所诱发的光学信号 ;观察GABA及竞争性GABAA受体拮抗剂BMI对听神经诱发信号的作用。 结果 刺激听神经诱发的光学信号以时间 空间分布的形式被记录。每一个光学信号分为两个成分 :快的峰电位样反应及慢的长时程反应。快电位的起始相具有突触前性质 ,晚期相具有突触后性质 ,慢的长时程反应可能与多突触传递有关。灌流液中使用 5 0 μmol/LGABA可最大限度地降低听神经诱发的脑干神经元信号的幅度 ,BMI可部分逆转GABA对此信号的作用。 结论 多部位的光学系统可以记录电刺激听神经的诱发反应 ,光学信号显示了时间 空间分布的类型。应用药理学的方法可以分析诱发反应的性质。GABA对出生后早期小鼠的诱发反应有明显的抑制作用 ,其抑制作用部分是通过GABAA受体实现的。

光学方法二维成像前庭核神经元的突触传导

为探索前庭核神经元传导的时空二维特征 ,用吸光性电压敏感染料RH1 5 5染色新生小鼠的脑干切片 2 0min ,电刺激前庭神经 ,用光学记录膜电位技术成像前庭核的神经电活动。结果显示 ,电刺激前庭神经后光学记录显示前庭核出现神经电兴奋 ,在部分实验中观察到同侧及对侧前庭核的兴奋传导 ;前庭核神经兴奋有激发延迟和高峰延迟 ;所记录的光学信号具有光吸收波长特性 ,表明光学记录的可靠性 ;光学信号包括尖峰状快反应信号和持续较长时间的慢反应信号 ,所有兴奋信号被 2 0 μmol/L河豚毒 (特异性钠通道阻断剂 )不可逆性消除 ,表明快反应信号来源于钠通道介导的动作电位 ,慢反应信号被无钙液可逆性阻断 ,表明慢反应信号可能为兴奋性突触后电位。研究表明 。

基于大脑本征信号的光学功能成像技术

对脑功能内源光学成像技术的研究与进展情况进行了较系统的论述。首先对内源光学成像技术的基本原理进行了介绍 ,然后对该技术进行了分类 ,并将内源光学成像技术与其他脑功能成像技术作了比较分析 。

光学成像甘氨酸对蜗核和前庭核神经元兴奋的抑制作用

目的 从神经细胞群的水平研究甘氨酸是否对蜗核(cochlear nucleus,CN)与前庭核(vestibular nucleus,VN)神经元核团的兴奋起抑制作用以及其作用方式。方法 从新生小鼠(1-3天)制备活体(in vitro)脑干组织切片,并用电压敏感染料(voltage-sensitive dye)进行染色,采用多位点光学记录系统(optical imaging)观察电刺激位听神经(第8颅神经,nⅧth)后传入兴奋的传导。结果 光学成像显示电刺激nⅧth后兴奋传导至脑干的CN核团和VN核团,并且光学方法可同步记录256个记录单元(elements)中神经兴奋传导的二维动态过程(n=35)。用甘氨酸受体桔抗剂-马钱子碱(50μM)浸泡组织切片后,在CN和VN中的光学信号与脑片在标准人工脑脊液中相比较有明显的增强(n=10)。马钱子碱对峰样快反应信号与慢反应信号的增强效应不同,在CN和VN的不同核团之间也有差异。在CN核团,快反应信号与慢反应信号增强幅度分别为154±34％(n=23,elements)和271±91％(n=23,elements),马钱子碱的增强效应与标准ACSF相比有显著性统计学差异(P<0.05)。在VN核团,慢反应信号增强幅度为149±56％(n=17,elements),也有显著性统计学差异(P<0.05)。但是,在VN核团,快反应信号增强幅度仅为102±14％(n=17,elements),与对照组相比较无显著性统计学差异(P>0.05)。另外,?

胡须信息在大鼠双侧初级体感皮层间的传递路径

大鼠的初级体感皮层(primary somatosensory cortex,SⅠ)虽然只接受来自对侧胡须的上行输入,但仍可以被同侧胡须刺激所激活.解剖学研究发现,在两侧SⅠ皮层之间有两条传递胡须信息胼胝体通路:一条是类颗粒区(perigranular zone,PGZ)通路;另一条是异颗粒区(dysgranular zone,DZ)通路.然而,哪一条通路在传递胡须刺激信息的过程中起主要作用还不清楚.本研究使用电压敏感染料(voltage-sensitive dye,VSD)成像技术来观察胡须刺激时整个SⅠ的神经元群体活动的空间分布和时间特性.实验发现,对侧胡须刺激首先激活barrel(颗粒区,granular zone,GZ),然后以兴奋波的形式传播到胡须感觉区(sub-barrel field cortex,BFC)外侧的DZ.而与首先激活BFC的对侧胡须刺激不同,同侧胡须刺激首先激活SⅠ的DZ.所激发的皮层兴奋以波的形式传播并扩散至BFC.失活另一侧皮层可以抑制这种同侧反应.电刺激另一侧半球皮层与刺激同侧胡须类似,也首先激活成像侧DZ.我们的实验结果显示,胡须刺激激活对侧SⅠ,在经过胼胝体传导后,另一侧半球的DZ(同侧于被刺激的胡须)被激活.连接双侧皮层DZ区的胼胝体连接在SⅠ对同侧胡须刺激的反应中起了主导作用.