在体膜片钳

在过去的几十年间，生物物理学的研究主要以离体标本为主。但是，如想研究一些外界刺激对神经系统的影响。在离体标本上是无法实现的，而且离体的细胞分子水平研究和整体的真实情况可能存在较大的差异。因此，在活体动物上对微小生命活动进行直接观察一直是研究者们追求的目标。早期对神经系统的整体电生理学研究以胞外记录为主。由于技术方法的局限性，忽略了大量有价值的生物信号。最近出现的在体膜片钳技术可以较好地解决这一问题。可在动物整体无损的前提下，深入研究大脑和脊髓神经元离子通道和突触活动的特点，以及病理变化和药理作用。

在体膜片钳是指在动物上直接对其脊髓或大脑神经元进行膜片钳记录的技术，与分散神经元或组织片膜片钳技术比，最突出的优点是能够在施加外界刺激的同时，在整体条件下研究中枢神经元离子通道和突触活动的特点，为从宏观角度研究和探讨中枢神经系统的生物物理现象提供了更精确的手段。

在体膜片钳记录目前为止都是在麻醉动物身上进行，动物麻醉后无法模拟真实环境下对外界刺激的反应。因此最好的实验系统是在活动动物身上做记录，既要能让动物自由活动完成任务，又要维持稳定性记录大脑电生理信号。

相对于麻醉状态下的膜片钳记录来说，清醒动物的膜片钳记录技术是越来越多研究者所研究的方向，清醒动物的膜片钳记录技术首要难点在于提供超高稳定性的系统支持，保证膜片钳在记录的过程中电极没有发生移动或者折断，保证记录的稳定性。

德国PhenoSys公司研发JetBall虚拟实境系统能够完美的解决这个难点，它能提供高稳定性的支持平台。在这套系统中实验动物的头颅是被固定在顶板上，实验动物在跑动的过程中不会影响正在记录中的电极，提供了在体膜片钳技术所需要的稳定性要求。同时可以将电极垂直地安装在微操上并放置在实验动物的身后，避免实验动物的视野被遮挡。

JetBall是全球第一套商业化的新型虚拟实境实验系统，是通过电脑模拟产生一个三维的虚拟空间，并提供五官刺激：如视觉、听觉、触觉、嗅觉与味觉等感官的模拟，实验动物进入到这个虚拟的环境中，如同在真实的空间中活动。Jet Ball基于一个气垫跑步球和允许颅骨被固定的老鼠在这个虚拟的空间中进行简单或复杂的行为（无限的迷宫、矿场），同时它能够和电生理，光遗传学系统结合使用，研究行为活动下神经元活动所具有的更深层次信息。

优点：

l   独家软件可重构虚拟的大多数经典实验迷宫场景，如T-maze, Y-maze, Plus-maze等，从而取代传统的实景，有效的节约了实验空间和金钱。

l   2.可设定在特定时间出现或消失不同大小形状的标记。

l   3.可模拟五感外周刺激的输入，包括视觉，听觉，嗅觉，味觉，触觉，为实验动物提供一个可控的模拟真实环境的活动。

l   4.虚拟环境高度的灵活可控性，可以给予实验动物奖励，惩罚，挫折感等机制。

l   5.外部接口可同步导出大脑刺激产生的时间标识，位置以及速度等数据。

l   6.实验动物头部可固定，从而结合其他试验方法，如电生理，显微镜成像等技术手段进行行为学研究。

应用：

l   用于观察实验动物在虚拟现实中的复杂行为

l   条件反射可操作性

l   学习记忆过程的研究

在体膜片钳试验配置：

（1）膜片钳系统：采集电信号。

（2）动物固定仪器（麻醉动物为脑立体定位仪，清醒动物为jetball虚拟实境系统）：提供超高稳定性的系统支持，保证在体膜片钳在记录的过程中电极没有发生移动或者折断，保证记录的稳定性。

（3）双光子显微镜/共聚焦荧光显微镜（选配）：采集细胞影像。