《飛秒雷射測控神經迴路的方法研究》是依託華中科技大學，由劉秀麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：飛秒雷射測控神經迴路的方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉秀麗
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大腦的高級功能是眾多神經迴路綜合作用的結果，神經迴路及其信息處理原理的研究對神經科學具有重要意義。目前神經迴路的控制及快速神經功能信號的探測缺乏有效的實驗手段。神經迴路及其信息處理機制的研究，急需建立一種高時空分辨的測控方法。本項目將基於飛秒雷射隨機掃描雙光子成像系統，以嗅球神經迴路為實驗模型，結合螢光標記及成像技術，用飛秒雷射直接刺激嗅小球來誘導神經活動，同時記錄和解析所調控神經細胞的鈣信號，建立一種對嗅球神經迴路細胞群落同時探測和控制的新方法，並在此基礎上對嗅球神經迴路信息傳遞與處理機制進行初步研究。本項目的研究將為研究大腦神經迴路的研究提供一種全新的研究方法，增進人們在迴路水平上對生命活動的認識，同時促進高時空分辨的成像技術的發展及其在生命科學中的套用。
結題摘要
神經元及其構成的神經迴路是大腦結構和功能的基本單位，大腦的生理和病理活動均是通過神經迴路結構與功能的改變來實現的，因此神經迴路結構和功能的研究對於神經科學有著重要意義。基於聲光偏轉器和飛秒雷射的隨機掃描雙光子螢光顯微成像系統可實現快速探測並調控神經迴路。但是神經活動快速探測中螢光染料選取和標記方法均不成熟，螢光信號分析方法也不完善，神經迴路活動控制也缺乏有效手段。 本項目首先利用飛秒雷射隨機掃描光顯微成像技術，篩選鈣螢光探針和標記方法。對神經元膜電位和鈣螢光信號聯合檢測，通過比較高頻電刺激誘導下的神經元鈣螢光信號的幅度和下降時間以及靜態螢光強度等，篩選出適於快速探測的鈣螢光染料。通過電極注入、浸泡孵育、彈丸負載以及局部電穿孔等方法，實現了對腦片和麻醉動物神經元群落鈣螢光染料的標記。 在篩選出鈣染料和標記方法的基礎上，對神經迴路鈣螢光信號解析及效果進行評估。針對稀疏鈣信號和簇發放信號分別建立一種算法簡單，計算量小逐個剝除模板函式的減模板的方法和一種基於多尺度濾波和模板函式卷積解析神經元鈣信號的方法；在解析信號之後，通過波形分解和模擬仿真逼近實際信號獲取其估計誤判率和估計漏判率的評估效果。對獲取神經迴路多細胞的鈣信號進行互相關分析方法獲取神經信息在細胞與細胞之間毫秒量級的時間延遲，並基於此構建具有細胞分辨的有向神經迴路。 此外，研究單個細胞在神經迴路中的作用時，往往需要激活或者抑制特定的神經元。以飛秒雷射直接照射能夠誘導神經細胞的活動，實現了對神經迴路非接觸、無損、方便有效的控制，建立了一種神經迴路連線的光學判別方法，繪製出神經迴路功能連線拓撲圖。
