小動物腦神經活動熒光壽命測量系統

美國國立衛生研究院（NIH）及韓國梨花女子大學的相關研究人員發現了神經系統在啟動一個行動時，直接和間接的兩種工作途徑。這些研究為研制針對帕金森氏癥等多種神經系統疾病的新治療方法鋪平了道路，先關論文發表在《Nature》雜志上。
研究人員表示，這項研究成果十分重要，因為新研究不僅表明了啟動一個行動時神經系統的作用機制，而且也指出了清晰識別之前無法觀察到的許多神經通路的方法。

NIH的Cui Guohong以及韓國梨花女子大學的Jun Sang-Beom發表了題為“Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation”的文章，發現了神經系統在啟動一個行動時候的作用方式，這為研制針對多種神經系統疾病，如帕金森氏癥的新治療方法鋪平了道路。

Cui采用基于光纖的激發和探測系統記錄老鼠的復雜任務時的腦神經活動。老鼠被放置在一個放有食物盒子的小隔間中，小隔間兩端有控制桿可以打開食物盒子。為了打開食物盒子，老鼠必須觸碰左邊或右邊的控制桿。研究小組在老鼠大腦中利用熒光鈣指示蛋白GCAMP3放大了靶向途徑的信號，熒光指示劑可以通過植入老鼠大腦內的光纖進行激發和采集。
基于光纖的激發和探測系統如下圖所示：



激發光采用單模光纖傳輸到老鼠大腦中，因為多模光纖則會由于光纖彎曲產生行動假象的散班圖。為提高采集效率，探測的光纖采用多模光纖，模式跳動引起的熒光強度變化將不會發生，因為熒光信號的光譜范圍寬且被全部被耦合到探測器。激發和發射的光纖如下圖所示：

針對Invivo應用十分重要的一點是激發和探測的系統可以很容易的和小動物連接和斷開。這是通過質量很輕的小尺寸光纖接頭實現的，整體的總量只有2g。詳細信息如下圖所示：

整個系統用來探測在啟動行為的時候會被激活的直接和間接途徑。研究人員可以記錄老鼠在打開左側和右側開關時熒光信號的差異。令人驚奇的是，信號可以在老鼠動作行為100ms之前被探測到，這意味著和老鼠動作的決定相關，詳情可參見相關論文。