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钙成像技术可同时观察多个功能位置的脑细胞及大脑活动

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        随着科学技术的发展,脑细胞和大脑活动也可观察了。细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当细胞兴奋时,产生了一个电冲动,此时,细胞外的钙离子流入该细胞内,促使该细胞分泌神经递质,神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合,促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推,神经信号便一级一级地传递下去,从而构成复杂的信号体系,最终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中,钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM,而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍,增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知,只有游离钙才具有生物学活性,而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定,同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种,其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体(nAChR)和瞬时受体电位C型通道(TRPC)等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来,以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。
  而且现在也可利用钙成像技术记录大脑活动。随着功能光学成像技术的发展,神经学家们已经可以研究脑区和神经元内部的工作情况。功能钙成像技术就是其中之一,其主要原理是将外源性荧光信号和生理现象耦合起来——通过荧光染料信号的改变反映细胞内游离钙离子浓度,以此代表细胞的功能状态。目前它被广泛应用于实时监测一群相关神经元内钙离子的变化,从而判断其功能活动。该技术的出现使得科学家可以亲眼目睹神经信号在神经网络之中时间和空间上的传递穿梭。
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