神经生物学(新版)课件：第六讲 神经科学研究技术

条件型基因敲除（Gene Knockout）
在目的基因两端附加Cre重组酶靶向序列loxP。拥有这种基因链的小鼠被称 为flox小鼠或floxed小鼠。flox小鼠与表达Cre重组酶的小鼠交配，只在特定 的脏器细胞中产生目的基因缺失现象。也可以在胚胎发育过程使重组酶表 达而导致目的基因缺失。
四、活体影像学方法
神经科学研究方法
一、形态学方法 二、分子生物学方法 三、电生理学方法 四、活体影像学方法
一、形态学（morphological staining）研究方法
Golgi 染色（Golgi staining）
Nissl staining HE staining
Nissl body: groups of ribosomes
通过MR成像半定量 地测定体内某种代 谢物质的浓度，反 映活体内某些物质 的代谢过程。
正电子发射扫描（PET，Positron emission tomography）
The PET scanner detects metabolically active areas of the brain by picking up signals from a radioactive tracer injected into the subject before the procedure
• 最早的人脑BOLD成像是在1992年使用视觉刺激（Kwong, Ogawa）和运动任务而实现的。
• 由于神经元兴奋区血液动力学及代谢的特点，可导致其静 脉血中相对的氧合血红蛋白增加及去氧血红蛋白减少。
BOLD基本原理
神经元兴奋区静脉血中氧合血红蛋白含量高于非兴奋区静脉 血中氧合血红蛋白含量，在T2*图像中信号较高（2-3%）
膜片钳 (Patch clamp)
脑电EEG/ERP系统
脑磁图（MEG）
将受检者的头部置于特别敏感的 超冷电磁测定器中，通过特殊的 仪器可测出颅脑的极微弱的脑磁 波，再用记录装置把这种脑磁波 记录下来，形成图形，这种图形 便称作脑磁图。
脑磁图的医学应用：
1. 癫痫诊断和癫痫灶术前定位 2. 神经外科术前脑功能区定位 3. 缺血性脑血管病预测和诊断 4. 外伤后大脑功能的评估和鉴定 5. 精神病和心理障碍疾病的诊断 6. 司法鉴定和测谎应用 7. 语言、视觉、听觉、体感诱发等的研究 8.认知功能及信息处理过程的语言学习与视觉、听觉 的关系
正常对照，认字率100%，双侧纹外区明显激活，Broca 区及Wernicke区无激活
弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）
通过水分子 的运动，描 绘其神经纤 维的走向， 可直观反映 神经纤维及 其功能传导。
弥散张量成像
磁共振波谱(MR spectroscopy，MRS)
2006年，美国韦恩州立大学华人科学家潘卓华教授 （Zhuo-Hua Pan）实验室，将ChR2蛋白表达于感光 细胞退化的小鼠视网膜神经节细胞内，使其获得了 编码光信号的能力。
Bryson JB, et al. Optical control of muscle function by transplantation of stem cell -derived motor neurons in mice. Science. 2014;344(6179):94-7.
任务激活磁共振功能成像 (task-activated fMRI)
Holdsworth SJ, Bammer R. Magnetic resonance imaging techniques: fMRI, DWI, and PWI. Semin Neurol. 2008 Sep;28(4):395-406.
光声显微镜成像技术 （Optical-Resolution Photoacoustic Microscopy
System）
http://my.tv.sohu.com/us/49163266/13953280.shtml
http://www.bjscivid.org/html/2014/healthy_0609/23561.html
电子显微镜（electron microscope ）
免疫组织化学(immonohistochemistry)
免疫荧光（immunofluorensce）
二、电生理学方法 LTP recording
in vitro
in vivo
Why you record LTP in vivo?
Amplitude
微透析（Microdialysis）
三、分子生物学方法 Western blot
RT-PCR
FGF2 BMP22
LIF β-actin
control
IH-4w-5km
IH-4w-2km
152bp 160bp 280bp 211bp
细胞培养（Cell culture）
Dkk3 is expressed in a mouse primary retinal Müller glia culture
http://www.psychologicalscience.org/index.php/publications/ observer/obsonline/optogenetics-stranger-than-fiction.html
思考题
神经科学研究方法有哪些？你是怎样理解光 遗传学的应用的？
Activation during reading Chinese characters
YJG, 1st Scan, 45 days after stroke
给予高频汉字阅读，认字率20%，右侧纹外区部分激活， 左（患）侧无激活，而Broca区和Wernicke区有激活
Healthy Subject
João L. Carvalho-de-Souza, Jeremy S. Treger, Bobo Dang, Stephen B.H. Kent, David R. Pepperberg, Francisco Bezanilla.Photosensitivity of Neurons Enabled by Cell-Targeted Gold Nanoparticles.Neuron,March 12, 2015.
The red color shows the highest level of glucose utilization (yellow represents less utilization and blue indicated the least)
光遗传学技术 (optogenetics)
各种各样的视蛋白
视觉刺激——1991年进行的初级视觉皮层定位fMRI研究
右足主动持续背屈
右足电刺激持续背曲
+N + H + L + H + L + N
+
Time 16 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32
400s Image 1… 200
N: Chinese Numerals H: High Frequency Words L: Low Frequency Words
磁共振研究
磁共振结构成像 (MRI)
磁共振功能成像 (functional magnetic resonance imaging, fMRI)
•fMRI包括:ห้องสมุดไป่ตู้弥散加权像（DWI） 灌注成像（PI） 血氧水平依赖法（BOLD）为内源性PI 磁共振波谱分析（MRS）
• 血氧水平依赖法(blood oxygenation level dependent， BOLD) 成像是fMRI常用的方法，可用于无创性地检测脑功 能变化情况，其信号具有较高的敏感性和空间特异性。