【摘 要】
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动物的大脑需要通过招募具有不同功能的神经元集群并在时间上精确协调其活动来完成复杂的功能,而对该过程更深入的理解需要对自然状态下的动物大脑中相关细胞的动态活动以足够的空间与时间分辨率进行捕捉。幼年斑马鱼大脑小而透明,且其大脑具备脊椎动物基本的脑组织结构,因此成为探索大脑工作奥秘的新突破口。在实验室前期的工作中,我们已搭建对自由行为下的斑马鱼进行全脑成像的光场成像系统,以接近单细胞的分辨率与极高的体成
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动物的大脑需要通过招募具有不同功能的神经元集群并在时间上精确协调其活动来完成复杂的功能,而对该过程更深入的理解需要对自然状态下的动物大脑中相关细胞的动态活动以足够的空间与时间分辨率进行捕捉。幼年斑马鱼大脑小而透明,且其大脑具备脊椎动物基本的脑组织结构,因此成为探索大脑工作奥秘的新突破口。在实验室前期的工作中,我们已搭建对自由行为下的斑马鱼进行全脑成像的光场成像系统,以接近单细胞的分辨率与极高的体成像速度捕捉自由游动斑马鱼的全脑钙活动。然而,我们成像系统所使用的激发光光场分布的不均一性以及斑马鱼大脑组织的异质性给我们提取的神经元钙活动引入了与神经活动无关的假信号,严重影响我们对全脑钙成像数据的分析。为了解决上述问题,我们引入了一个长斯托克斯位移的红色荧光蛋白LSSmCrimson,该荧光蛋白可被488nm蓝光激发,且其荧光亮度不受神经活动的影响。我们构建了全脑共同入核表达GcaMP8s与LSSmCrimson的斑马鱼,其大脑在488nm激发光照射下可同时发出GCaMP8s的绿色信号与LSSmCrimson的不随神经活动变化的红色信号。我们搭建了红绿双通道成像系统,通过该系统我们同步采集自由行为下的斑马鱼幼鱼全脑的GcaMP8s荧光信号与LSSmCrimson的荧光信号。最后,我们利用LSSmCrimson的荧光信号去校正GCaMP8s的荧光信号,以完成对斑马鱼自由行为下全脑钙活动的准确提取。自由行为斑马鱼钙活动准确提取的实现有助于我们对斑马鱼幼鱼自然状态下的行为进行进一步探索,进而促进对高等脊椎动物的脑科学研究。另外,我们还设计了一种微流芯片,并成功将其整合到我们的光场成像系统上,利用前面建立的方法对趋流行为下的斑马鱼脑活动进行了初步分析。
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