實(shí)驗(yàn)名稱：低強(qiáng)度超聲對(duì)小腦皮層神經(jīng)活動(dòng)的直接調(diào)控作用

研究方向：超聲神經(jīng)調(diào)控

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：本研究利用雙光子活體鈣成像系統(tǒng)地檢測了小腦神經(jīng)元對(duì)低強(qiáng)度超聲的響應(yīng)模式，并提出了一種全新的超聲神經(jīng)調(diào)控行為學(xué)檢測范式，從超聲誘導(dǎo)的持續(xù)效應(yīng)、脫靶刺激下神經(jīng)元響應(yīng)的消除和小鼠運(yùn)動(dòng)行為的誘發(fā)三方面共同揭示了低強(qiáng)度超聲對(duì)小腦皮層的直接興奮作用。

測試設(shè)備：ATA-L4水聲功率放大器、換能器、函數(shù)信號(hào)生成器等。

實(shí)驗(yàn)過程：在超聲刺激時(shí)長小于或等于500ms的實(shí)驗(yàn)中，為了產(chǎn)生強(qiáng)度較高的超聲刺激，我們選擇了127kHz換能器，換能器尖端變幅桿長26mm，尖端直徑2mm，驅(qū)動(dòng)換能器的電信號(hào)由函數(shù)信號(hào)生成器生成并經(jīng)ATA-L4水聲功率放大器進(jìn)行放大，經(jīng)壓電陶瓷將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)。

圖1：低強(qiáng)度超聲對(duì)小腦皮層神經(jīng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)樹突群體鈣信號(hào)的定量分析顯示，超聲刺激下浦肯野細(xì)胞神經(jīng)活動(dòng)的整體幅度隨刺激持續(xù)時(shí)長和超聲強(qiáng)度的上升而增加，其中1.3W/cm2、4.4W/cm2強(qiáng)度的超聲在80毫秒(圖A)和500毫秒(圖B)的刺激時(shí)長下均能顯著增強(qiáng)神經(jīng)活動(dòng)的幅度。雙因素方差分析的結(jié)果表明，超聲的聲強(qiáng)是影響浦肯野細(xì)胞樹突整體神經(jīng)活動(dòng)幅度的顯著因素(圖C)。除了樹突整體的神經(jīng)活動(dòng)外，我們對(duì)被超聲激活的樹突在自發(fā)活動(dòng)和超聲刺激期間的鈣信號(hào)事件發(fā)生率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。比較結(jié)果顯示，在這些樹突中，鈣信號(hào)事件的發(fā)生率在超聲刺激期間均顯著高于自發(fā)活動(dòng)水平(圖D和E)。對(duì)不同刺激參數(shù)下超聲刺激引起的鈣信號(hào)事件發(fā)生率的比較結(jié)果顯示，刺激時(shí)長是影響超聲神經(jīng)調(diào)控浦肯野細(xì)胞穩(wěn)定性的顯著因素(圖F)。

圖2：樹突群體鈣信號(hào)的定量分析結(jié)果

功率放大器推薦：ATA-L系列

圖：ATA-L系列水聲功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇