核磁共振成像模块

       实验室的磁共振成像研究基于中国科学院武汉物理与数学研究所平台的Bruker 7T和4.7T小动物磁共振成像仪,旨在研究活体动物的大脑结构与功能网络,研究手段主要包括:任务依赖的磁共振脑功能成像(Task-fMRI),静息态磁共振脑功能成像(resting-state fMRI),光激活磁共振脑功能成像(optogenetics fMRI),锰离子增强磁共振成像(Mn2+ Enhanced MRI)等。

 

 

光学成像模块

        内源性光学成像(intrinsic optical signals imaging)是一项通过记录局部反射光光强变化的来研究脑组织代谢情况的活体技术。这项技术的设备要求并不高但是却可以提供较高的空间分辨率(80-100 μm)和时间分辨率(100 ms),因而它被广泛的应用于大脑皮层功能构筑和研究。在嗅觉研究领域,内源性光学成像为嗅球中的气味编码研究提供了大量有价值的实验数据。本研究小组率先在国内开展了关于嗅觉的内源性光学成像研究,并取得了一系列进展。进一步的,我们又将这项技术与最新的光遗传技术相结合,为嗅球中内源性信号的产生机制和神经血管偶联机制提供了新的实验证据。图示为用于内源性光学成像的系统。分别可以与传统的气味刺激(虚线框A)或者光遗传刺激(虚线框B)相结合。

 

  电生理模块

      本课题组电生理实验室主要研究哺乳动物(小鼠,大鼠)嗅觉通路处理嗅觉信息的神经机制,以及不同脑状态对动物嗅觉系统的调控机制等。使用的电生理研究方法包括在体麻醉动物,清醒头位固定动物和自由活动动物细胞外单,多单位放电记录和局部场电位记录等。本实验室结合记录电极长期埋植,光遗传学等技术对执行行为任务中的动物嗅觉相关信息加工及其学习记忆机制等展开研究。除此之外,还与其他实验技术结合,利用磁共振脑功能成像,光学成像和工具病毒神经环路追踪等手段来对嗅觉系统中神经元以及由其构成的神经回路的的形态和功能展开研究。

 

病毒标记神经环路模块

      本课题组根据世界神经科学前沿发展方向,于2008年在国内率先建立嗜神经病毒跨突触追踪神经网络方向,建立了一系列嗜神经工具病毒(五十余种),及多套跨突触追踪神经网络的实验体系,填补国内空白。该研究方向先后获得中科院分子病毒学国家重点实验室开放课题(2010,利用重组伪狂犬经病毒追踪嗅觉神经网络),国家自然科学基金委重大研究计划重点项目(2011)、中科院战略性先导B项目(2012)、和所135规划等的重点支持,目前已建成国内首家嗜神经工具病毒设计,改造及制备实验室、神经网络跨突触追踪实验室、跨突触标记网络光学成像实验室,与现有磁共振成像、光遗传学控制、电生理记录、微透析、动物行为等整合形成系统的神经科学研究平台。

 

 生化、分子、细胞学模块

      生化及分子生物学既是现代生命科学最重要的基础科学,又是生命科学的前沿,是从分子水平上阐述生命现象的一门学科,即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节。本课题组主要应用核酸(RNA,DNA)提取纯化、基因扩增、目的片段分析与检测,基因克隆、基因表达、蛋白质纯化分析,免疫组化及蛋白印迹等技术进行基础研究,并拥有研究中广泛使用的仪器设备。

 

 

核磁共振波谱模块

       根据13C原子在核磁共振仪器中可见的性质,课题组采用13C原子探针,使用13C-NMR和1H-NMR波谱技术,同时采用数学模型模拟生物体大脑内部代谢物质浓度的变化情况,从而直观的观测到大脑的代谢活动及神经递质传递的过程。课题组主要研究尼古丁和酒精对神经递质物质的代谢过程的影响,例如GABA、谷氨酸、谷氨酰胺等。以酒精成瘾为例,课题组从全新的角度出发,另辟蹊径,取得了突破性成果。基于磁共振活体谱的技术手段,对酒精成瘾模型动物的研究,成功地示踪了酒精进入大脑后的去向与结局,并发现大脑不同脑区对酒精有不同的应答和代谢行为。该研究成果为研究大脑对酒精损伤和酒精成瘾的机理研究打开了一条新途径,为临床药物的研发提供了新思路。

 

  微透析分析模块

        微透析技术是一种生物活体取样技术,可在清醒或麻醉的生物体内进行,特别适合于深部组织和重要器官的生化成分活体分析研究。透析液仅限于透析管内流动,与膜外细胞液没有直接接触,大大减小了取样对活体组织的损害,同时蛋白质、核酸等生物大分子不能透过透析膜,所取出的样品不含生物大分子,能直接进样进行高效液相色谱和毛细管电泳等分离分析,免除了复杂的样品前处理及由此而产生的样品瞬时损失和误差,也不会因在室温取样而酶解,提高了样品的稳定性。

微透析是通过植入一个覆盖透析膜的凹管在活组织的细胞外液中取样的一种方法。这种方法的基础是透析原理,利用一个可以透水和小分子的膜隔开两种液体。管内充满一种液体,分子可以通过扩散作用和细胞外液进行双向的交换。

 

动物行为模块

本实验室目前可以进行嗅觉阈值测定、气味辨别能力测试等大小鼠嗅觉相关行为,已建立的模式包括习惯-非习惯方法、气味与食物联系性学习、go-no-go训练等;此外,实验室已建立了用于空间测试的T迷宫、Y迷宫、八臂迷宫、Morris'水迷宫系统;用于恐惧测试的高架十字迷宫、条件性恐惧系统等;以及用于基础活动水平测试的旷场等设施。本研究方向结合实验室其他技术和方法,共同阐述大小鼠本能行为和认知行为的神经基础。