微电极矩阵研究小鼠胚胎心脏电生理活动

本实验采用一种新方法——微电极矩阵技术从整体水平研究小鼠胚胎离体整体心脏电生理活动。我们用微电极矩阵记录与60个电极相接触的心肌细胞的电活动(细胞外记录),称为场电位(field potentials,FPs),并与全细胞膜片钳记录的动作电位(action potentials,APs)(细胞内记录)进行比较,发现心房、心室处场电位形态类似于负向的细胞动作电位,场电位时程亦与动作电位时程类似。为研究兴奋的传导,我们比较了不同电极处场电位发生时间,发现在房室结构还未形成的胚胎发育第9．5天(E9．5)已经观察到明显的房室传导延迟(A-V delay)[(50．21±9．7)ms],而心室不同部位兴奋几乎是同步的。在发育晚期(E16．5),房室传导延迟为(82．21±10．50)ms。进一步研究基本的神经体液因素对心脏兴奋的调控,表明: 在E9．5,异丙肾上腺素(isoproterenol,Iso)使胚胎兴奋频率加快(34．04±7．31)％,房室传导延迟缩短(20．00±6．44)％,同时场电位时程增宽;相反,卡巴唑(carbachol,CCh)则使兴奋频率降低(42．32±5．36)％,房室传导缩短(26．00±4．81)％, 场电位时程减小。而在E16．5,Iso的作用显著增强,兴奋频率加快(101．54±10．23)％,房室传导延迟缩短(56．62±6．43)％, 而CCh则几乎使所有晚期心脏兴奋完全消失。所以,心脏的传导系统在胚胎发育早期4个腔室还未形成时已经建立,神经体液因子对心脏基本电生理活动的调控是在发育过程中逐渐成熟的。     

电流源分析的理论基础及其在神经生理学研究中的应用

电流源分析是传统的电生理学方法和计算机技术相结合而发展起来的一种新的实验技术。它建立在较严格的数学物理分析基础上,并以细节的精确性和整体的联系性弥补了片层性场电位和细胞内引导的局限。本文介绍了电流源分析的理论基础、实验方法及其在中枢神经系统电生理学研究中的应用,着重讨论了在小脑皮层这类神经元排列整齐、对称的神经结构中的应用,也对扩大应用于不规则的神经结构进行了讨论。     

斑马鱼依托咪酯麻醉模型的建立

全身麻醉药广泛应用于临床,但其引起全身麻醉状态的神经机制至今仍不清楚。脊椎动物斑马鱼具有保守而简单的脑结构,近几年来已应用于神经机理基础性的研究。在本工作中,我们从行为和电生理水平上,首次建立了斑马鱼麻醉模型。在细胞外液中施加静脉麻醉药依托咪酯(etomidate),可以浓度依赖性地抑制斑马鱼的运动。在体细胞外电生理记录显示,依托咪酯可有效阻断斑马鱼脊髓运动神经元的电活动。运用在体局部场电位和全细胞记录技术,进一步发现依托咪酯可显著抑制大脑群体神经元的活动,并阻断视觉信号的传递。本工作表明,斑马鱼可以作为一种合适的动物模型,应用于全身麻醉药神经机制的研究。     

斑马鱼依托咪酯麻醉模型的建立北大核心CSCD

全身麻醉药广泛应用于临床,但其引起全身麻醉状态的神经机制至今仍不清楚。脊椎动物斑马鱼具有保守而简单的脑结构,近几年来已应用于神经机理基础性的研究。在本工作中,我们从行为和电生理水平上,首次建立了斑马鱼麻醉模型。在细胞外液中施加静脉麻醉药依托咪酯(etomidate),可以浓度依赖性地抑制斑马鱼的运动。在体细胞外电生理记录显示,依托咪酯可有效阻断斑马鱼脊髓运动神经元的电活动。运用在体局部场电位和全细胞记录技术,进一步发现依托咪酯可显著抑制大脑群体神经元的活动,并阻断视觉信号的传递。本工作表明,斑马鱼可以作为一种合适的动物模型,应用于全身麻醉药神经机制的研究。     

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,并且简述了光学记录膜电位在电生理和神经生物学中的应用。     

电刺激大鼠坐骨神经诱发海马齿状回突触可塑性研究

观察电刺激大鼠坐骨神经引起海马齿状回诱发场电位的变化,探讨外周传入信息在海马的可塑性以及海马在痛觉调制中的作用。共记录了28只大鼠海马齿状回诱发场电位,平均幅度(23.73±1.12)μV,潜伏期(198.46±5.91)ms。不同条件刺激引起的反应包括:高频条件刺激使海马齿状回诱发场电位幅度降低;低频条件刺激使海马齿状回诱发场电位幅度增大。结果提示,电刺激坐骨神经可在海马齿状回记录到诱发场电位,不同的条件刺激可引起诱发场电位的不同变化,表现为突触传递效能增强或降低,海马对外周传入信息及痛觉起一定的调制作用。     

认知功能研究中神经振荡交叉节律耦合应用研究进展

神经振荡交叉节律耦合(cross-frequency coupling,CFC)指不同神经元集群振荡节律之间的交叉调制作用,反映了大脑在不同时空尺度的局部场电位、脑电等神经电生理活动信息的传递与交流机制,是认知神经功能研究的重要工具。本文简要介绍了CFC基本现象与类型,并综述了在动物与人类认知功能研究的典型应用,归纳了现存的主要问题并展望其未来研究动向,以期为促进相关研究与应用提供新思路。     

刺激大鼠颈體背外侧束诱发的脊髓电场电位

电刺激大鼠颈髓背外侧束(DLF),在脊髓腰段用微电极记录到—诱发场电位,将其长时程慢电位正波称为 DLF-FP。DLF-FP 的潜伏期为7.22±1.41ms,达峰时间为15.12±5.58ms,时程为93.92±9.06ms。绘制 DLF-FP 等电位图发现:其负电场中心位于背表面下1.0—1.3mm,与外周传入诱发的场电位(P_1-FP)的起源部位基本一致。印防己毒素抑制DLF-FP,士的宁加强 DLF-FP。在一定时间范围内,先后刺激腓肠神经和 DLF,两者所诱发的场电位具有总和和抑制现象。这些结果表明 DLF-FP 是初级传入末梢去极化的反映,可能和刺激外周神经诱发的场电位共用脊髓环路。     

大鼠前庭内侧核在前庭—交感反应中的作用

实验在氯醛糖和尿酯混合麻醉的大鼠上进行。在内脏大神经上记录刺激同侧前庭神经进入脑干处的交感反应。电刺激前庭神经可在同侧内脏大神经引出—明确的叠加反应,其平均潜伏期为45.8±6.98ms,时程为55.21±5.35ms。增加刺激强度,反应幅度也增加,但潜伏期不变。用前庭内侧核(NVM)的片层场电位作为指标并选择其相位倒转处作刺激点,可在同侧内脏大神经记录到潜伏期为32ms 的叠加反应,而同一动物刺激前庭神经入脑处时内脏大神经反应的潜伏期为43ms。在 NVM 头端损毁后,此前庭-交感反应明显减小,再损毁尾端 NVM 后,此反应消失。损毁 Deiters 核对前庭-交感反应无影响。这些结果表明 NVM在内脏大神经记录到的前庭-交感反应中是一重要的中继站。     

神经电生理信号多道同步采集和分析系统

单细胞多点同步记录技术在国内外已经被广泛应用,但在国内仍缺乏与国产或日产细胞电生理记录仪器相匹配的多通道同步生物电信号采集与分析系统。本文介绍了新近研制的可进行双通道甚至晚多通道细胞电生理信号采集的神经细胞电生理信号采集与分析系统,及其关键技术及实现方法和应用实例。     

成年斑胸草雀在体HVC-RA突触传递的电生理特性

鸣禽高级发声中枢（high vocal center,HVC）至弓状皮质栎核（robust nucleus ofthe arcopallium,RA）的突触传递是鸣唱运动通路中的关键部分.本文运用在体场电位电生理记录的方法,研究了成年雄性斑胸草雀（Taeniopygia guttata）HVC-RA突触的电生理特性.实验结果显示,刺激HVC,在RA内所记录到的诱发场电位幅度较小.配对脉冲检测发现,HVC-RA突触传递具有明显的配对脉冲易化特性.当以强直刺激作用于HVC,RA内诱发场电位随即显著减小,并在15 min内逐渐恢复,表明HVC-RA突触传递在强直刺激过后出现了短时抑制.该通路的突触传递特性可能与其在发声控制中的作用有关.以上的实验结果为进一步研究发声运动过程中的突触可塑性提供了资料.     

多通道记录(MR)及其与气相色谱联用技术(GC-MR)在昆虫嗅觉生理上的应用

多通道电生理记录(Multiunit recording,MR)和气相色谱(Gas chromatography,GC)-多通道电生理记录(GC-MR)是昆虫化学生态学中研究昆虫对气味化合物神经元反应非常重要和前沿的电生理技术,在研究昆虫对植物气味和性信息素的嗅觉反应机制以及高灵敏性筛选活性化合物等方面具有非常重要的作用。本文介绍这一技术的基本原理、操作步骤和应用实例,并详尽说明了使用中应该注意的事项。     

多通道在体记录技术——动作电位与场电位信号处理

多通道在体记录可以同时记录到多个神经元的胞外放电信号以及对应的局部场电位的活动信号。如何对记录到的这两种电信号进行合适的处理,以确保实验结果的准确性,是运用好多通道在体记录技术的关键之一。本文旨在针对多通道在体记录的原始数据,介绍动作电位及场电位信号的常用数据处理方法。动作电位信号属于高频信号,一般用40 kHz的高速采样频率进行采集和记录。根据记录到的神经元胞外动作电位波形,运用主成分分析技术,再结合四电极记录技术的优势,可对来自记录电极周围不同空间位置的神经元放电信号进行良好的甄别,从而获得较精确的单神经元放电时间序列。而局部场电位信号属低频信号(300 Hz),一般用1 kHz的采样频率进行采集和记录。记录到的场电位原始信号需要进行数字滤波,从而分离出场电位信号中不同频率段的节律性振荡。啮齿类动物海马结构中常见的节律性振荡有动物清醒活动及快速眼动睡眠时的theta节律(4~12 Hz);清醒认知活动过程中,伴随着theta节律一起出现的gamma节律(30~80 Hz);以及清醒静止及慢波睡眠时的ripple高频振荡(100~250 Hz)。针对以上处理获得的数据,常用的后续数据分析方法有:神经元放电间隔分析、神经元放电自相关与互相关分析、以及信号的频谱分析等。     

猫脑干上涎核节前神经元电活动的观察

在麻醉的32只猫记录了电刺激颌下腺神经支引起的上涎核平均场电位和单位放电。逆行电刺激颌下腺神经支引起的上涎核平均场电位分布在同侧脑干背面闩部头端5.5—8mm处,与过去的组织学结果大致符合。用微电极在上涎核记录了68个对刺激颌下腺神经支有反应的单位,其中33个单位作了碰撞试验。有9个单位符合逆向反应标准,它们是真正的颌下腺节前神经元,逆行反应的潜伏期为14.4±2.5ms,其轴突传导速度为2.9±0.1m/s。其他不符合逆向反应标准的单位,对刺激颌下腺神经支仍能发生反应,估计多为中间神经元。在一部分单位观察了电刺激舌神经或味觉刺激舌引起的反应。根据这些观察对上涎核内存在复杂神经元回路的可能性作了讨论。     

科研新闻

大鼠离体下丘脑制备成功神经生理学的在体实验通过逆向激动法鉴定下丘脑的神经内分泌神经元,由于此法记录的稳定性很差。因此,一般只限于记录细胞外电位。最近,通过离体实验的方法已经记录到稳定的细胞内电位;但在制备下丘脑组织或薄片时,往往改变或破坏了鉴定神经内分泌神经元的通路,使电生理鉴定无法进行。Bourq(?)等最近成功地制备出完整的大鼠离体下丘脑。由于它保留着供鉴定用的传出纤维,因此,适用于对神经垂体和结节漏斗部神经内分泌神经元进行细胞外和细胞内电生理与神经药理学研究。     

新生大鼠离体脊髓薄片神经元的细胞内记录

脊髓薄片的细胞内记录技术建立于70年代末与80年代初。一些学者先后应用这一技术就背角和侧角神经元的电生理特性,某些生物活性物质对背角神经元的作用,以及5-HT、去甲肾上腺素及肽类物质对侧角神经元的作用进行了研究。1986年以来,我们就国内的具体条件开展了这方面的工作,成功地建立了这一研究方法。     

大鼠在体海马CA1区场电位引导新技术——刺激/记录/给药一体化装置的开发和应用

大鼠海马场电位记录是研究学习记忆的一个重要手段,尤以在体记录更具生理学意义.为克服目前在体海马场电位记录的弊端和诸多不便,提高实验效率,设计并完善了一套简便易行,融刺激、记录、给药于一体的大鼠海马在体CA1区场电位实验技术.将雄性SD大鼠麻醉后固定于脑立体定位仪上,利用自制的刺激/记录/给药联合装置,引导海马CA1区场兴奋性突触后电位(fEPSP).结果表明,使用刺激/记录/给药联合装置能长时间稳定记录由测试刺激诱发的海马CA1区fEPSP.高频刺激条件下,能成功诱导早期时相长时程增强(E-LTP)和晚期时相型长时程增强(L-LTP).海马内注射AMPA受体阻断剂CNQX(100μmol/L,1μl)可迅速抑制fEPSP,注射NMDA受体拮抗剂AP-5(100μmol/L,1μl)可明显压抑LTP,药物发挥作用的时间较侧脑室给药明显缩短,剂量减少.采用此联合装置还成功实现了PPF的稳定记录.总之,采用刺激/记录/给药一体化技术进行在体海马CA1区场电位记录的特点是简单、可靠、高效,可以为开展脑认知功能活动的电生理学研究奠定良好的基础.     

小鼠胚胎心肌细胞的分离及电生理特性

本文旨在探索小鼠胚胎心肌细胞的分离方法并观察其电生理特性。应用胶原酶B消化法获得不同时期单个小鼠胚胎心肌细胞;利用全细胞膜片钳技术,记录胚胎心肌细胞的超极化激活的非选择性内向阳离子电流(If)和L-钙电流(ICa-L),并用电流钳记录其自发性动作电位。胚胎心肌细胞通过相差显微镜依据其形态和自发性收缩进行鉴定。本法分离所获得的胚胎心肌细胞容易进行全细胞膜片钳记录,可用于记录If,ICa-L．电流和自发性动作电位,己证实胚胎心肌细胞If和Ica-L的电生理特性与成年起搏细胞或心肌细胞相似。本实验建立的分离方法简单、稳定、有效、可靠,最早可获得8．5d的胚胎心肌细胞。胚胎心肌细胞的电生理记录为探索胚胎心肌细胞的电生理特性提供了一个可用的模型,并可能为某些心脏疾病产生的机制提供实验依据。     

苍白球电毁损对帕金森病大鼠HVSs 振荡波的影响研究

目的:应用直流电核团毁损术毁损帕金森病(PD)大鼠模型的内侧苍白球(GPi),记录其手术前后脑电生理活动的变化,以探讨内苍白球射频毁损术治疗PD的可能机制。方法:成年SD大鼠随机分为GP毁损组、假手术组及正常组。对PD毁损组和假手术组大鼠采用6-羟基多巴胺(6-OHDA)右侧黑质致密部(SNc)、中脑腹侧被盖区(VTA)两点注射法建立PD大鼠模型,并经腹腔注射阿扑吗啡(APO)诱发旋转以对模型建立进行评价。通过多导联宏电极在体脑电生理记录技术对各组大鼠进行右侧(注射侧)大脑皮层M1、M2区脑电及纹状体场电位的连续24小时记录,同时进行视频录像。对GP毁损组大鼠行直流电GPi毁损术,术后4天对各组大鼠均行阿扑吗啡诱导旋转行为检验,继续记录脑电活动,记录数据经频率谱分析及相干分析以揭示各记录位点信号的频率成分以及不同位点神经元集群间的功能连接和同步性。结果:对GP毁损组大鼠毁损术前后在清醒静息状态下的皮层脑电和纹状体场电位有明显改变,术后HVSs(High Voltage Spindles)在持续时间上明显缩短发作次数明显减少;对各组大鼠术后在静息状态下的脑电信号进行对比,GP毁损组大鼠较假手术组的HVSs持续时间和发作频率均减少并接近正常组大鼠水平,相干性分析显示GP毁损组大鼠术后在HVSs频段(5-13Hz)上的相干程度显著小于假手术组。结论:在清醒静息状态下6-OHDA建立的PD大鼠皮层-基底节环路上HVSs持续时间延长发生频率增高,经GP毁损术后其时间缩短发作次数减少同步性降低并接近正常水平,从而改善PD症状,该现象可能解释临床采用苍白球射频毁损术治疗PD的治疗机制。     

昆虫视觉电生理技术研究进展

昆虫视觉电生理技术是研究昆虫感光细胞和视觉神经元电学特性的重要技术,包括视网膜电位技术(ERG)和微电极细胞内记录技术(MIR)。ERG技术记录的是昆虫的视网膜对不同光刺激产生的电压或电流变化,这种反应发生在细胞外。MIR则是记录昆虫的单个感光细胞或视觉神经元对不同光刺激产生的电压或电流变化,这种反应发生在细胞内。昆虫电生理技术有助于探究昆虫视觉对光的电生理响应机制和明确昆虫敏感光谱和光感受器类型。本文介绍了ERG和MIR的基本结构及原理,总结了近20年来两种技术在昆虫感光电生理方面的应用,可为阐明昆虫对光的感受机制以及利用昆虫的趋光性防治害虫提供参考。