超维景公司开发的微型化双光子显微镜，成功地将占地数平方米、重量数百公斤的台式双光子显微镜进行了微型化研发。微型化双光子显微镜体积小,重量仅约2.6克,适合佩戴在小动物的头部颅窗上,可实时记录神经元或神经突触的高分辨率动态信号。微型化双光子荧光显微成像改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式,可用于在动物觅食、哺乳、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下,或者在学习前、学习中和学习后,长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。 1.情绪共情的神经机制
情绪共情(Affective empathy,AE)是维持社会动物同类之间健康关系的基石，缺乏共情能力可能会导致社交障碍甚至行为。作为一个多感官处理器，海马，特别是腹侧海马(the ventral hippocampus,vHPC)，在社会记忆和情感调节中起着至关重要的作用，但海马相关环路是否参与共情及哪些环路参与共情仍不清楚。本研究利用FHIRM-HR在亚细胞结构层面上监测vHPC锥体神经元在OF期间的钙尖峰，通过提取并分析不同行为状态期间神经元的钙尖峰数据来进行细胞分类，作者发现并分类了70个神经元为OF Freeze神经元，深入分析发现OF Freeze神经元的钙活动变化与观察者的Freezing状态高度正相关，这表明VHPC中的OFFreeze神经元是一群编码观察者共情恐惧的神经元。
2.防止术中出血的单轴延伸神经电极植入过程观测
传统刚性探针与脑组织之间存在严重的机械不匹配，从而引发脑内免疫反应，阻碍了信号采集的长期稳定性。开发一种在植入过程中变得柔顺的探针似乎可以避免术中出血。作者利用微型化双光子显微镜体积小安装灵活的特点观察活体大鼠大脑皮层表层的电极植入过程,进一步测试防止术中出血的单轴延伸神经电极的实际应用性能。在该电极的插入和收回过程中,微血管(直径约90μm)产生了微小位移而没有被植入物强行推或拖走。这是因为该电极的横向扩张被抑制，使施加在血管上的额外压力最小化，所以血管与电极间的摩擦减少。
3.自由移动小鼠脊髓神经元双光子成像
瘙痒是特应性皮炎(atopic dermatitis,AD)最主要的临床症状，“瘙痒-搔抓"形成的恶性循环是导致AD皮炎加重和反复难愈的重要原因。本研究主要关注皮肤菌群的代谢物丙酸，在AD瘙痒中的作用及机制。由于感觉神经元的细微反应可能被麻醉掩盖，采用微型双光子显微镜来跟踪自由状态下AD模型小鼠脊髓背角神经元的神经元活动，证实了丙酸能够降低AD模型小鼠脊髓背角神经元的兴奋性。随后，利用胶带反应实验来表征AD模型小鼠对无害刺激的反应情况;当将胶带附着在皮肤损伤处时，载药组MC903小鼠明显表现出更多的试图移除胶带的行为，并且自发钙放电增加;而丙酸盐涂抹组的脊髓背角神经元的自发钙放电受到了强烈的抑制。
4.自然生理下的神经元胞体与末梢的糖代谢差异
微型化双光子显微镜的高分辨率使得可以对自然生理状态下小鼠大脑中的神经元和神经元末梢进行成像，通过使用基因编码的传感器与微型化双光子显微镜相结合，来研究运动皮层神经元胞体和末梢OXPHOS和有氧糖酵解的差异。在初级躯体感觉皮层(SSp)注射cytosolic iATPSnFR(细胞内ATP浓度变化的传感器)和jRGECO1a以及synaptophysin-mCherry来标记胞体和末梢。在5min时将OXPHOS抑制剂oligomycinA注射到SSP中，并在30min时向SSP中注射糖酵解抑制剂2-DG,直到60 min成像结束，观察神经元胞体和突触末梢ATP水平的变化。结果显示，在末梢中，oligomycin A抑制OXPHOS导致ATP水平急剧下降，而在神经元胞体中，ATP水平仅在糖酵解受到抑制时出现急剧下降。这些结果表明，皮层神经元在胞体处的有氧糖酵解的水平高于末梢。
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更新时间：2025-06-21
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