1、大腦的高級(jí)功能是神經(jīng)回路協(xié)同作用的結(jié)果，神經(jīng)回路及其信息處理原理是近年來腦科學(xué)研究的熱點(diǎn)。雖然相關(guān)研究取得了一些重大成就，但對(duì)組成神經(jīng)回路的各種細(xì)胞在信息處理中作用的研究進(jìn)展緩慢?，F(xiàn)有微電極陣列芯片技術(shù)難以確定單個(gè)神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)定位，商品化的多光子成像系統(tǒng)的時(shí)間分辨率不高，難以滿足快速變化神經(jīng)功能信號(hào)的檢測(cè)需求，同時(shí)神經(jīng)回路活動(dòng)控制也缺乏有效手段。基于聲光偏轉(zhuǎn)器和飛秒激光的隨機(jī)掃描雙光子熒光顯微成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速探測(cè)并調(diào)控神經(jīng)回路。但是神

2、經(jīng)活動(dòng)快速探測(cè)中熒光染料選取和標(biāo)記方法均不成熟，熒光信號(hào)分析方法也不完善。
　　 本文通過篩選鈣熒光探針并探索其標(biāo)記方法，結(jié)合隨機(jī)掃描雙光子熒光顯微成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)元群落活動(dòng)的同步探測(cè)，通過對(duì)鈣熒光信號(hào)的解析，重建出神經(jīng)元群落的電活動(dòng)。
　　 通過腦片神經(jīng)元電信號(hào)的光學(xué)探測(cè)，演示了隨機(jī)掃描雙光子熒光顯微鏡系統(tǒng)具有高時(shí)空分辨率；利用模擬數(shù)據(jù)、靜態(tài)熒光樣本和腦片神經(jīng)元鈣熒光信號(hào)，對(duì)隨機(jī)掃描系統(tǒng)與線掃描模式數(shù)據(jù)的信噪比進(jìn)行

3、比較，證實(shí)隨機(jī)掃描方式的靈活性以及信噪比可調(diào)特性。
　　 對(duì)腦片神經(jīng)元膜電位和鈣熒光信號(hào)聯(lián)合檢測(cè)，通過比較高頻電刺激誘導(dǎo)下的神經(jīng)元鈣熒光信號(hào)的幅度和下降時(shí)間以及靜態(tài)熒光強(qiáng)度等，篩選出Fluo-5F和Fura-2作為快速探測(cè)的鈣熒光染料；通過電極依次注射鈣染料的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)元群落鈣熒光染料的標(biāo)記；對(duì)高頻電刺激下神經(jīng)元不同部位的鈣響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較，揭示皮層錐體神經(jīng)元距胞體50～100 μm的頂樹突是進(jìn)行高頻活動(dòng)探測(cè)的最佳部位，

4、解決了神經(jīng)元鈣信號(hào)探測(cè)中記錄部位的選擇問題。
　　 建立基于模板匹配和差分的鈣熒光信號(hào)分析方法，用于細(xì)胞群落鈣熒光信號(hào)的解析和電活動(dòng)的重建。以模板匹配方法檢測(cè)Fura-2熒光信號(hào)數(shù)據(jù)，并通過仿真數(shù)據(jù)的模擬檢測(cè)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)，證實(shí)模板匹配法能夠有效解析Fura-2熒光信號(hào)數(shù)據(jù)；提出并建立基于差分法檢測(cè)Fluo-5F熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了Fluo-5F標(biāo)記的神經(jīng)回路電信號(hào)的有效重建。
　　 此外，研究單個(gè)細(xì)胞在神經(jīng)回路中的作用時(shí)