功能成像赋能神经环路研究
急性离体脑片(Acute brain slices)
器官型培养脑片(Organotypic brain slices)
单孔和多孔CorePlate™系统能够在脑组织样本中,以前所未有的空间与时间分辨率,同步记录不同脑区的锋电位活动(spiking activity)和场电位传播信号(包括场兴奋性突触后电位fEPSP和群体锋电位Population Spikes)。
结合脑切片成像的3Brain技术具备以下优势:
- 大规模脑区监测:可同步追踪多神经环路中的自发活动模式,并精准绘制活动传播图谱
- 精准电刺激:具备微电流刺激功能,支持高精度实验干预
- 突触可塑性研究:提供长时程增强/抑制(LTP/LTD)自动化实验方案(详见Evos技术文档)
- 该系统还能对神经回路亚区的树突区室(dendritic compartments)或胞体层(somatic layers)信号进行精细解析。
集成式尖峰*电位/局部场电位(LFP)检测与分类算法 BrainWave软件内置多种锋电位检测与分类技术,可对关键细胞电活动进行精准提取和类型鉴别。
尖峰*:神经或心肌细胞产生的瞬时性电位变化
场电位*:场电位是神经元集群电活动的总和效应,表现为细胞外记录到的电势变化。
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实时与离线滤波功能组 系统集成全频谱滤波器(高通(high-pass)、低通(low-pass)及带通(band-pass))可灵活调用,实现慢速场波(slow field waves)与快速锋电位活动(fast spiking activity)的信号分离。
低通滤波器 (Low-Pass Filter)
- 定义:允许低于截止频率(cut-off frequency)的信号通过,而衰减高于该频率的干扰信号
- 电生理应用:
- 抑制高频肌电干扰(>50Hz)与导线移动伪迹,提升场电位(fEPSP)信号的信噪比
- 保护采样信号的保真性,遵循Nyquist采样定理要求截止频率≤采样率1/4
高通滤波器 (High-Pass Filter)
- 定义:允许高于截止频率的信号通过,衰减低频基线漂移(<0.5Hz)及呼吸运动伪迹
- 电生理应用:
- 消除慢速场波(slow field waves)对锋电位(spiking activity)检测的干扰
- 通过时间常数(time constant)调节低频衰减梯度,优化慢波(δ波)与快波(β波)的分离效果
带通滤波器 (Band-Pass Filter)
- 定义:通过同时设置高通与低通截止频率,仅保留特定频段内的生物电信号
- 电生理应用:
- 脑电图(EEG)记录中常用0.5-70Hz带通,兼顾慢波(0.5-4Hz)与快波(β/γ频段)的保真需求
- 突触可塑性研究中,通过调整带通范围(如30-100Hz)精准捕获长时程增强(LTP)的高频振荡特征
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空间配准与靶向聚焦功能 支持将组织样本显微图像与电活动热图(activity map)进行空间配准,实现双重功能:
- 目标区域标定:精确圈定感兴趣区域(ROI),建立形态学结构与电信号的空间映射关系
- 靶向信号解析:对特定活动热点(hotspot)实施空间增强采样,满足高频振荡(HFOs)等复杂信号的分析需求
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集成电刺激功能组 BioCAM系列设备搭载的内置刺激模块,可直接诱发并同步记录电刺激场电位响应(electrically evoked field potentials),实现刺激-响应链路的全闭环监测。
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