細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)和組織傳感器及其在嗅覺時空信號分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個由大量神經(jīng)元高度組織、相互作用的龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，其神經(jīng)元電活動具有明顯的時空特性.從細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)或組織的層面分析多個神經(jīng)元的電生理特征，對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的信息處理、傳導(dǎo)等研究具有重要的意義.隨著微電子微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，用于多通道同步測量的微電極陣列(microelectrode array, MEA)和場效應(yīng)晶體管(field effect transistor, FET)陣列得到快速發(fā)展，在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的研究中具有明顯優(yōu)

2、勢。其中，利用MEA與多種細(xì)胞或組織結(jié)合構(gòu)建的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)或組織傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，已成為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)時空信號分析的重要手段。
　　 在嗅覺的研究中，膜片鉗記錄技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)是目前主要的電生理檢測手段。膜片鉗技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步測量，不利于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的時空特征分析。而光學(xué)成像技術(shù)對細(xì)胞具有毒性作用，不適合長時間的監(jiān)測。因此，利用具有長時程、無損、多點(diǎn)同步采集特點(diǎn)的MEA芯片構(gòu)建嗅覺細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)和組織傳感器，對于嗅覺時空信息的獲取與

3、分析將具有重要的作用.本研究以離體的嗅覺細(xì)胞和組織為敏感元，通過MEA芯片構(gòu)建細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)和組織傳感器用于時空信號的分析，著重研究了嗅球切片各層的信號特征及功能。
　　 本論文的主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下：
　　 1.深入研究了嗅覺細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳感器，包括嗅上皮細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳感器和嗅球細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳感器。分析了乙酸、丁二酮和高K+作用下電生理響應(yīng)的空間模式和時間特性，考察了嗅上皮細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳感器的檢測能力。結(jié)果表明，該細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳感器能夠有效區(qū)別不

4、同條件下的刺激響應(yīng)；嗅覺受體神經(jīng)元對氣味的響應(yīng)具有一定的選擇性。此研究為仿生電子鼻的開發(fā)和氣味識別機(jī)制的探討奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 2.利用嗅球神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)傳感器對不同濃度谷氨酸(glumatic acid, Glu)作用下的電信號的特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)Glu能夠使嗅覺信號產(chǎn)生振蕩和放大，這是氣味識別、信息處理及時空編碼的重要特征。肌傳導(dǎo)分析的重要指標(biāo).利用MEA多點(diǎn)同步采集的特點(diǎn)，考察了心血管藥物（鹽酸腎上腺素和氯化乙酰膽堿）在

5、不同位置的作用效果，對臨床靶向給藥的組織傳感器研究具有重要的意義.該研究為嗅球組織切片傳感器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)并提供了有效的方法。
　　 3.首次提出了基于嗅球組織切片的傳感器的設(shè)計(jì)思想，分析了嗅球切片各層振蕩信號特征和信息傳導(dǎo)。根據(jù)嗅球形態(tài)和信號的空間分布特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)嗅覺信息在嗅球內(nèi)由嗅神經(jīng)層和突觸小球?qū)咏邮?，?jīng)外叢層傳遞，由僧帽細(xì)胞層和顆粒細(xì)胞層輸出.利用相關(guān)分析對Glu作用前后的響應(yīng)進(jìn)行時間和空間的特征分析，發(fā)現(xiàn)嗅球內(nèi)各層之間