簡介
? ? ? ?腦立體定位技術被廣泛運用于對特定核團或腦區的操控（激活或抑制）、給藥、病毒標記和信號采集等實驗中，成為研究腦的結構和功能必不可少的實驗手段。該技術以腦立體定位儀為主要定位儀器，結合動物顱骨外表面固定標志（如小鼠的前囟、后囟等位點）以及標準腦圖譜，來確認目標核團或腦區的坐標；再通過手術方式將外界的干預手段施于目標位置，在非直視暴露下對其進行精確定點操控、損毀、給藥、病毒標記和信息采集等。
圖1.腦立體定位注射儀及工作場景
病毒注射
? ? ? ?在腦功能和結構的研究中，常需要利用病毒工具將外源基因（熒光蛋白基因，離子通道蛋白基因等）整合到目標腦區細胞的DNA上，借此標記目標細胞。常用的病毒包括腺相關病毒、慢病毒、狂犬病毒、單純皰疹病毒和水泡性口炎病毒等。
? ? ? ?根據客戶需要，我司負責將具體的病毒按提前制定的標準準確注入目標腦區。并設有P2實驗室，可以提供級別更高的病毒（如狂犬病毒等）注射環境。
圖2.定位注射
光纖植入
? ? ? ?光遺傳學（Optogenetics）是指結合光學與遺傳學手段，精確控制特定神經元活動的技術。該技術利用分子生物學、病毒生物學等手段，將外源光敏感蛋白基因導入活細胞中，在細胞膜結構上表達了光敏感通道蛋白；然后通過特定波長光的照射，控制細胞膜上的光敏感通道蛋白的激活與關閉；光敏感蛋白的激活和關閉可控制細胞膜上離子通道的打開與關閉，進而改變細胞膜電壓的變化，如膜的去極化與超極化。當膜電壓去極化超過一定閾值時就會誘發神經元產生可傳導的電信號，即神經元的激活；相反，當膜電壓超極化到一定水平時，就會抑制神經元動作電位的產生，即神經元的抑制。
? ? ? ?我司可根據客戶需求將光纖埋置入指定區域，用于后續的激活或抑制實驗。
? ? ? ?光遺傳學技術主要包括病毒包裝、病毒注射、光纖埋植、光調控、行為測試和電生理記錄6個步驟。
? ? ? ?我司也可提供完整的技術服務：
圖3.光遺傳實驗中的小鼠
光纖鈣記錄
? ? ? ?鈣成像技術是指利用鈣離子指示劑（Calcium Indicator，CI）監測組織細胞內鈣離子濃度的方法。神經鈣成像技術的原理就是借助鈣離子濃度與神經元活動之間的嚴格對應關系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質熒光探針即鈣離子指示劑，將神經元中的鈣離子濃度通過熒光強度表現出來，從而達到監測神經元活動的目的。目前常用的鈣成像技術包括光纖鈣記錄和雙光子鈣成像。
? ? ? ?光纖鈣記錄的實施方法：1、選擇合適的鈣離子指示劑；2、將鈣離子指示劑轉運至目標部位（化學熒光指示劑通常采用電極刺穿或借助乙酰氧基甲酯和右旋葡萄糖的方式進入到目標部位，而基因編碼指示劑則主要借助于病毒感染的方式導入至目標部位）；3、光纖埋植以收集信號，記錄結果。光纖記錄無細胞分辨率，記錄不同腦區的群體神經元活動（僅限光纖探針尖端附近）；而雙光子鈣成像需要使用顱窗手術見后文。
圖4.光纖鈣記錄模式圖
顱骨表面腦電電極埋置
? ? ? ?腦電圖（Electroencephalogram，EEG）的獲取是通過精密的電子儀器，從頭皮上將腦部的自發性生物電位加以放大記錄而獲得。通過電極記錄下來的腦細胞群的自發性、節律性電活動有常規腦電圖、動態腦電圖監測、視頻腦電圖監測。現已被認為是研究睡眠作用的重要組成部分。
圖5.腦電EEG電極埋置場景
深部腦區電極埋置
? ? ? ?動物在體電生理記錄主要用于實時在線記錄大腦神經元放電情況來量化及描述神經環路的工作狀況。
? ? ? ?局部場電位（Local Field Potential，LFP）記錄的信號代表在記錄電極周圍少量神經組織中胞外低頻電生理信號的總和，概括地反映記錄電極附近局部空間內神經元集群突觸活動所造成的電場變化。局部場電位記錄到的數據反映的是一段時間內所記錄核團內所有神經元電學活動的總體情況。我司可根據客戶需要提供電極埋置服務，以及后續實驗數據的記錄等。
圖6.多通道電極埋置
顱窗植入
? ? ? ?腦科學研究中利用雙光子顯微鏡和基因編碼的鈣探針（如GCaMP）實現活體鈣成像的方式已經被廣泛應用。這種研究活體生物神經元功能的方式需要在目標腦區植入顱窗。顱窗植入法即將小鼠顱骨去除后，使用透明玻璃取代顱骨，該方法可以維持大腦正常的生理狀態。一方面，可減少激發光透過顱骨的光損失，增加了皮層的成像深度；另一方面，顱窗可以重復長時間使用，對于研究長時間周期的神經元群體或單神經元活動具有很好的效果。
? ? ? ?需要注意的是雙光子成像時動物必須頭部固定或者動物處于麻醉狀態，可記錄單個神經元，更可觀察到皮層神經元亞細胞結構軸突末端的鈣信號。
圖7.從左至右為顱窗植入手術流程
如有相關實驗需求，請咨詢我們！
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公司相關業務：
神經環路示蹤病毒載體、基因編輯（敲入、敲除、點突變、敲低）、基因過表達/干擾服務、行為學小鼠模型構建、干細胞誘導分化、整包服務等。