一項監測神經元活動的研究取得突破
時(shi)間：2020-04-23
作者：儀器網(wang)
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4月22日，據(ju)科技日報消息(xi)了解到，一(yi)項(xiang)關于監(jian)(jian)測(ce)神經元活(huo)動(dong)的(de)研究(jiu)近日取得突破，成(cheng)果刊登于《美國化學會(hui)志》期刊。經介紹，該成(cheng)果的(de)研究(jiu)人員(yuan)是使(shi)用了一(yi)種可(ke)用近紅外光激發的(de)電(dian)壓熒光納(na)米(mi)探針，實現(xian)了對(dui)腦(nao)中神經元電(dian)活(huo)動(dong)的(de)實時動(dong)態監(jian)(jian)測(ce)，在(zai)對(dui)斑馬魚和(he)小鼠腦(nao)中神經元膜電(dian)位的(de)監(jian)(jian)測(ce)試驗中已經取得成(cheng)功。
人體中(zhong)(zhong)(zhong)，神(shen)經(jing)從(cong)大腦出發，貫穿了整個身體，神(shen)經(jing)末(mo)梢(shao)延伸(shen)至(zhi)指(zhi)尖、皮膚，為人體提供著(zhu)分(fen)工(gong)各異的機(ji)能。而神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)也就是我們常說的神(shen)經(jing)細胞，它是神(shen)經(jing)系統中(zhong)(zhong)(zhong)基(ji)本的結(jie)構和功能單位。神(shen)經(jing)系統中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)有大量的神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)，據估計，人類中(zhong)(zhong)(zhong)樞神(shen)經(jing)系統中(zhong)(zhong)(zhong)約含(han)百(bai)1000億個神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)，大腦皮層(ceng)約占有140億個。這些(xie)神(shen)經(jing)元(yuan)(yuan)通過接(jie)受、整合、傳導和輸出信息實現(xian)人體和外界的信息交換。
事實上，關(guan)于對神(shen)經(jing)系(xi)(xi)統(tong)的(de)研(yan)究，科學家一(yi)直在探索的(de)道路(lu)上，至今，為(wei)了準確監測(ce)神(shen)經(jing)活動(dong)，幫助(zhu)人們(men)理解神(shen)經(jing)系(xi)(xi)統(tong)的(de)功能機制，科學家們(men)創造了不少研(yan)究方法和(he)設備。據悉(xi)，神(shen)經(jing)元鈣離子(zi)熒光成像是此前研(yan)究神(shen)經(jing)活動(dong)的(de)主要手(shou)段之(zhi)一(yi)。但是，相比起(qi)神(shen)經(jing)脈沖(chong)信(xin)(xin)號(hao)，鈣離子(zi)熒光信(xin)(xin)號(hao)相對較(jiao)慢，根據熒光信(xin)(xin)號(hao)很難(nan)準確推斷出與之(zhi)對應的(de)神(shen)經(jing)脈沖(chong)的(de)頻率(lv)和(he)數(shu)量(liang)。
技術(shu)上的瓶頸使得神經(jing)界的科學家們(men)迫切期望能開發出一種(zhong)擁有(you)高時空分(fen)辨率(lv)、可大范圍活體監測(ce)神經(jing)元集群電活動的儀器，于是，納米探針應(ying)運(yun)而生，它(ta)對細胞膜的電位變化十分(fen)敏感，納米粒子材料也(ye)有(you)高信噪比，有(you)效解決了之(zhi)前設備(bei)的問(wen)題。
眾所周知，研究過程中，難題總(zong)是(shi)接踵而至地撲(pu)面(mian)而來(lai)。繼(ji)納米探針(zhen)研發出來(lai)后(hou)，激(ji)發其使用(yong)的方法又成(cheng)為(wei)了(le)神經學科科學家們想要迫切解(jie)決的技術難關。通(tong)過了(le)解(jie)，現有的電壓探針(zhen)多用(yong)紫(zi)外光(guang)或可見光(guang)激(ji)發，但是(shi)，這兩種(zhong)光(guang)容易被活組織吸收(shou)和散射，如此，便只能應用(yong)于大腦的淺層。
為了更深入地了解大腦神(shen)經系統的(de)活(huo)動，這個(ge)成果的(de)研(yan)究團隊將視線轉(zhuan)移(yi)到(dao)了紅外光(guang)(guang)上，相比(bi)于(yu)可見(jian)光(guang)(guang)或紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)，紅外光(guang)(guang)(750納(na)(na)米—l000納(na)(na)米)在生(sheng)物組織中(zhong)穿(chuan)透能力更強，深度(du)可達厘(li)米級(ji)，可應用于(yu)大腦深層。同時，他們又設(she)計制備了一(yi)種基(ji)于(yu)上轉(zhuan)換(huan)熒光(guang)(guang)納(na)(na)米顆粒的(de)電壓敏感探(tan)針，這個(ge)探(tan)針所采用的(de)稀土(tu)元素摻雜的(de)上轉(zhuan)換(huan)熒光(guang)(guang)納(na)(na)米顆粒，是一(yi)類(lei)使用近紅外光(guang)(guang)激(ji)發(fa)，紫(zi)(zi)外、可見(jian)光(guang)(guang)多重發(fa)射的(de)反斯(si)托克斯(si)發(fa)光(guang)(guang)納(na)(na)米材料，具有(you)低背景熒光(guang)(guang)、多重發(fa)射的(de)特性(xing)，在生(sheng)物成像與活(huo)體診療的(de)應用中(zhong)具有(you)獨特的(de)優勢。
經過對斑馬魚和(he)小鼠的(de)(de)(de)實(shi)驗，近(jin)紅外光激(ji)發(fa)的(de)(de)(de)電壓納(na)米(mi)探針(zhen)充分(fen)展現出了(le)設備(bei)(bei)在(zai)對神經元活(huo)動監(jian)測中的(de)(de)(de)優勢。較比以前(qian)多次(ci)疊(die)加(jia)才能得(de)到(dao)清晰反(fan)應的(de)(de)(de)設備(bei)(bei)，新(xin)設備(bei)(bei)單(dan)次(ci)對活(huo)體施加(jia)刺(ci)激(ji)即可(ke)接收到(dao)明顯增強的(de)(de)(de)熒(ying)光信號(hao)，并能夠(gou)穩定記錄(lu)連續數次(ci)刺(ci)激(ji)下的(de)(de)(de)信號(hao)。更重要的(de)(de)(de)是(shi)，得(de)益于上轉換(huan)熒(ying)光納(na)米(mi)顆粒較低的(de)(de)(de)淬滅(mie)程度，活(huo)體記錄(lu)時間可(ke)長(chang)達30分(fen)鐘(zhong)，為數據收集提供(gong)了(le)充足(zu)的(de)(de)(de)時間。
隨(sui)著社會(hui)的(de)(de)進(jin)步，各個領域(yu)的(de)(de)技術與生(sheng)物學融合發(fa)(fa)展(zhan)，如同近(jin)紅外(wai)納(na)米(mi)探針(zhen)(zhen)這(zhe)類新設備的(de)(de)誕生(sheng)，為(wei)納(na)米(mi)探針(zhen)(zhen)以及近(jin)紅外(wai)光的(de)(de)結合運用(yong)提供(gong)了(le)新思路，為(wei)人們對神經元活動的(de)(de)監(jian)測開辟了(le)新道路，也(ye)為(wei)生(sheng)物領域(yu)的(de)(de)研究激(ji)發(fa)(fa)了(le)新的(de)(de)方向。目前，正是科技創造(zao)價(jia)值(zhi)的(de)(de)蓬(peng)勃時期，這(zhe)也(ye)為(wei)相關的(de)(de)企業創造(zao)了(le)更多發(fa)(fa)展(zhan)的(de)(de)機遇，相信儀(yi)器界的(de)(de)企業只要緊跟(gen)技術潮流，積極創新，優勢將不斷凸顯。
資料來源：科技日報、百度(du)百科
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