在线观看DEMO：https://www.bilibili.com/video/BV1v73KzsEXR/?vd_source=0de6cbdf9f83c51ed80463fb5c24795d
¶ 一、实验基础信息
研究对象
- 小脑切片（Cerebellum Slice）：核心观察对象为 浦肯野细胞（Purkinje cells）。
- 细胞特征：
- 分布在单层结构中（"well-organized single layer"）。
- 具有规律性放电（"super regular firing" ≈ 60-70 Hz）。
- 对比样本：提及海马体（Hippocampal）更易刺激响应。
技术平台
- 多电极阵列芯片（MEA Chip）：
- 每孔（well）含 4096个电极放大器。
- 支持实时电信号记录与刺激（stimulation）。
- 软件功能：
- 活动热图（Activity Map）：通过时间积分窗口计算峰值振幅并转换为颜色标度。
- 尖峰检测（Spike Detection）、簇分析（Clustering）、刺激协议设计。
¶ 二、实验流程详解
¶ (1) 初始信号观察（00:00:14–00:02:37）
- 信号恢复：切片放置后信号逐渐恢复（"It's slowly coming back"）。
- 细胞定位：
- 黄色/红点代表单个细胞（"Each dot is a cell"）。
- 浦肯野细胞层在热图中呈线性分布（"well distributed in a single layer"）。
- 噪声处理：
- 信号校准伪迹：垂直竖线（放大器重校标记，可后期滤除）。
- SNR≥20dB
¶ (2) 刺激协议设置（00:03:25–00:06:04）
刺激电极选择：
- 正负电极禁止同列（避免短路），允许同行或对角。
- 支持单电极或双电极模式。
刺激参数：
| 参数类型 | 选项 | 说明 |
|---|---|---|
| 波形 | 单相（Monophasic） | 默认简单模式 |
| 双相（Biphasic） | 高级模式可自定义振幅/脉宽 | |
| 脉冲模式 | 单次（Single） | 基础刺激 |
| 成对（Paired） | 用于配对脉冲易化 | |
| 爆发（Burst） | 高频刺激（HFS）或θ爆发（TBS） | |
| 脉冲序列 | 频率（Hz）、次数（e.g., 10次） | 可模拟LTP诱导协议 |
| 校准窗口 | ≈500 μs | 消除刺激伪迹 |
触发标记：刺激时在对应通道生成垂直线（"vertical line"），用于时间对齐。
¶ (3) 刺激响应记录（00:06:04–00:10:59）
- 小脑刺激挑战：
- 组织学位置不确定（如白质位置），响应较弱。
- 尝试爆发刺激（5脉冲@50Hz）诱发浦肯野细胞簇放电（"big discharge"）。
- 响应特征：
- 延迟响应（非瞬时伪迹），持续约100 ms。
- 需稳定基线（浦肯野细胞基线放电稳定≈60-70 Hz）。
- 海马体优势：更易获得高信噪比场电位（Field Potential）。
¶ (4) 数据分析（00:11:00–00:20:00）
- 尖峰检测（Spike Detection）：
- 算法：PTSD（Peak-To-Standard Deviation）阈值法。
- 阈值设定：>8倍噪声标准差（可调）。
- 排除噪声电极（高基线活动导致高SD）。
- 簇分选（Clustering）：
- 方法：BCA（Bicinchoninic Acid Assay）提取特征。
- 结果：单通道可分离多细胞信号（e.g., 2个浦肯野细胞簇）。
- 波形分析：
- 振幅/半宽变化可能反映细胞状态（如药物作用）。
- 跨文件比较限制：波形变化时软件无法跨记录关联同一细胞。
¶ (5) 技术要点补充
- 切片活性维持：
- 条件：35°C恒温、5% CO₂/O₂混合气、ACSF灌注（含葡萄糖）。
- 活性时长：1-2小时（依赖系统稳定性）。
- 信号优化操作：
- 切片位移：添加液体→轻移切片→改善电极接触。
- 噪声控制：硬件滤波（带宽可调）、Y轴缩放（范围±8000 μV）。
- 软件高级功能：
- 通道选择：支持按活性/噪声分组（类似Photoshop工具）。
- 多文件比对：附加记录文件对比基线/刺激后响应（需手动对齐）。
¶ 三、关键问题与解决方案
| 问题 | 解决方案 |
|---|---|
| 刺激伪迹干扰记录 | 设置500 μs校准窗口屏蔽信号 |
| 切片附着不良 | 补液→重新定位切片→激活灌注 |
| 跨记录细胞追踪困难 | 独立分析各记录→手动对比响应特征 |
| 小脑刺激响应弱 | 优先选用海马体或优化切片定位 |
| 高噪声环境下的响应识别 | 检测算法（SD阈值）+ 波形形态判别 |
¶ 四、核心结论
- 浦肯野细胞特性：单层规则放电，适合基线稳定性研究。
- MEA技术优势：
- 高通量记录（千级电极同步）。
- 刺激-响应闭环设计（可编程协议）。
附：专业术语缩写表
- ACSF：Artificial Cerebrospinal Fluid（人工脑脊液）
- HFS：High-Frequency Stimulation（高频刺激）
- TBS：Theta Burst Stimulation（θ节律爆发刺激）
- LTP：Long-Term Potentiation（长时程增强）
- PTSD：Peak-To-Standard Deviation（峰值标准差检测法）