實(shí)用神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究新技術(shù)

本書是關(guān)于神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究新技術(shù)和新方法的專著。共分三篇：神經(jīng)科學(xué)研究基本操作技術(shù)、神經(jīng)科學(xué)研究相關(guān)新技術(shù)和常見神經(jīng)系統(tǒng)疾病。內(nèi)容注重新穎性和實(shí)用性。在新穎性方面，本書專門辟出章節(jié)跟蹤最新文獻(xiàn)，總結(jié)了神經(jīng)細(xì)胞示蹤、電生理檢查、光學(xué)成像、光遺傳學(xué)、神經(jīng)連接圖譜繪制、生物信息學(xué)、人工智能等技術(shù)的研究進(jìn)展；在實(shí)用性方面，本書簡要說明了技術(shù)的原理，介紹較為詳細(xì)的操作方法及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技巧，便于讀者“按圖索驥”。
本書編者活躍在科研一線，有深厚的理論基礎(chǔ)，也具備豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技巧。本書內(nèi)容豐富，論述精要，資料新穎，適合從事生命科學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)，特別是神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域研究者參考，也是一本研究生教學(xué)參考書和科研工具書。

金旭，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院麻醉科主任醫(yī)師，教授，博士研究生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)槁蕴弁醇爸袠猩窠?jīng)系統(tǒng)疾患的機(jī)理研究及納米載藥體系在疼痛治療中的應(yīng)用；臨床研究領(lǐng)域?yàn)樾荷窠?jīng)外科麻醉、功能神經(jīng)外科及腦保護(hù)等研究。發(fā)表SCI及核心期刊論文30余篇。兼任北京醫(yī)師協(xié)會(huì)麻醉?？漆t(yī)師分會(huì)常務(wù)理事。

內(nèi)容組織強(qiáng)調(diào)新穎性和實(shí)用性：新穎性方面，本書專門辟出章節(jié)跟蹤新文獻(xiàn)，總結(jié)了神經(jīng)細(xì)胞示蹤、電生理檢查、光學(xué)成像光遺傳學(xué)、神經(jīng)連接圖譜繪制、生物信息學(xué)、人工智能等技術(shù)的研究進(jìn)展；實(shí)用性方面，本書簡要說明了技術(shù)的原理，提及較為詳細(xì)的操作方法，并介紹了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技巧，便于讀者“按圖索驥”。

神經(jīng)科學(xué)研究是科學(xué)界研究的重點(diǎn)之一，《科學(xué)》（Science）雜志提出的125個(gè)科學(xué)難題中神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的難題占據(jù)了大約三分之一。為了攻克這一系列難題，全球興起了諸多大型腦科學(xué)計(jì)劃，中國腦計(jì)劃是重要一環(huán)，目前布局為“一體兩翼”，即以研究腦認(rèn)知的神經(jīng)原理為“主體”，以研發(fā)腦重大疾病診治新手段和腦機(jī)智能新技術(shù)為“兩翼”。由計(jì)劃的框架可以看出，我國科學(xué)界清楚地認(rèn)識(shí)到解決問題的契機(jī)一定是新技術(shù)的突破。為此，筆者邀請了神經(jīng)科學(xué)臨床和科研領(lǐng)域的“兩棲專家”們共同編寫了本書，以期提綱挈領(lǐng)地呈現(xiàn)出神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究技術(shù)的新進(jìn)展。
主編和副主編為在神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域有一定造詣的青年學(xué)者，參編人員主要是活躍在科研一線的研究生群體。他們有著深厚的理論基礎(chǔ)，也具備豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技巧，更為可貴的是他們還具有活躍的追蹤研究前沿的頭腦和扎實(shí)的技能。本書內(nèi)容注重新穎性和實(shí)用性。在新穎性方面，本書專門辟出章節(jié)跟蹤最新文獻(xiàn)，總結(jié)了神經(jīng)細(xì)胞示蹤、電生理檢查、光學(xué)成像、光遺傳學(xué)、神經(jīng)連接圖譜繪制、生物信息學(xué)及人工智能等技術(shù)的研究進(jìn)展。在實(shí)用性方面，本書簡要說明了技術(shù)的原理，較為詳細(xì)地講解了操作方法，毫無保留地介紹了實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和技巧，使讀者可以“按圖索驥”，方便上手。
本書共分為三篇二十四章，分別從神經(jīng)科學(xué)研究基本操作技術(shù)、研究的新技術(shù)以及常見神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面精練地介紹了神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究的經(jīng)典方法和近年來的研究進(jìn)展，各章節(jié)內(nèi)容相對獨(dú)立，有利于讀者快速檢索。作者仔細(xì)核對了每一部分的具體內(nèi)容，盡量參考最新文獻(xiàn)并總結(jié)歸納，為讀者深入了解研究進(jìn)展、跟蹤學(xué)術(shù)前沿提供便利，但由于篇幅有限，難免掛一漏萬，敬請讀者海涵。
衷心感謝各位作者傾注的心血，也感謝編輯們辛勤的勞作，是你們的努力促成了本書的順利出版。
由于作者的經(jīng)驗(yàn)水平有限，本書難免存在不足，真誠希望廣大讀者批評(píng)指正，以便今后不斷修訂完善。

金旭 杜麗娜 鄭暉
2024年4月

第一篇神經(jīng)科學(xué)研究基本操作技術(shù)
第一章體外神經(jīng)細(xì)胞組織的取材和培養(yǎng)2
第一節(jié)神經(jīng)細(xì)胞學(xué)2
一、神經(jīng)元的分離、培養(yǎng)2
二、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分離、培養(yǎng)5
三、神經(jīng)干細(xì)胞的概念及培養(yǎng)8
四、嵌合體細(xì)胞及其培育10
五、神經(jīng)組織細(xì)胞的篩選13
六、常見體外神經(jīng)組織細(xì)胞的病理模型19
七、神經(jīng)細(xì)胞的測定指標(biāo)與方法22
第二節(jié)神經(jīng)組織學(xué)33
一、腦組織切片的制備33
二、腦組織標(biāo)本的取材與檢測36
第三節(jié)人腦類器官培養(yǎng)方法48
一、體外BBB模型49
二、3D擬胚體法培養(yǎng)腦類器官54
三、區(qū)域特異性腦類器官55
參考文獻(xiàn)59

第二章神經(jīng)營養(yǎng)因子研究方法62
第一節(jié)重組人腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的純化和鑒定62
第二節(jié)睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子的cDNA克隆、表達(dá)、純化及其生物活性鑒定63
第三節(jié)紋狀體源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的純化64
第四節(jié)神經(jīng)營養(yǎng)因子Neurturin在畢赤酵母中的高效表達(dá)、純化及活性鑒定66
第五節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞源神經(jīng)營養(yǎng)因子基因克隆及產(chǎn)物純化68
參考文獻(xiàn)70

第三章神經(jīng)遞質(zhì)、調(diào)質(zhì)和神經(jīng)肽檢測方法71
第一節(jié)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)檢測71
第二節(jié)褪黑素檢測73
第三節(jié)組胺檢測74
第四節(jié)腦內(nèi)啡肽檢測75
第五節(jié)腦內(nèi)氨基酸檢測76
參考文獻(xiàn)77

第四章受體研究方法78
第一節(jié)原位雜交78
一、基本定義78
二、研究應(yīng)用78
三、原位雜交技術(shù)步驟78
四、熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)的步驟82
第二節(jié)其他受體研究方法——免疫組織化學(xué)染色技術(shù)82
一、取材83
二、固定83
三、脫水、透明、浸蠟、包埋83
四、切片84
五、染色84
六、拍照85
七、注意事項(xiàng)85
參考文獻(xiàn)86

第五章基因研究方法87
第一節(jié)單細(xì)胞/單核RNA測序87
一、基因差異表達(dá)分析87
二、反向遺傳90
第二節(jié)轉(zhuǎn)錄組學(xué)90
參考文獻(xiàn)91


第二篇神經(jīng)科學(xué)研究相關(guān)新技術(shù)
第六章神經(jīng)信號(hào)分子定量檢測技術(shù)94
第一節(jié)微透析技術(shù)94
一、腦微透析基本原理94
二、微透析系統(tǒng)及其特點(diǎn)95
三、微透析技術(shù)的應(yīng)用95
第二節(jié)高效液相色譜96
一、HPLC操作流程96
二、等度和梯度洗脫96
三、應(yīng)用97
第三節(jié)質(zhì)譜97
一、質(zhì)譜在神經(jīng)肽類中的應(yīng)用97
二、質(zhì)譜在蛋白質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用98
三、質(zhì)譜在單個(gè)神經(jīng)元RNA修飾中的作用98
四、質(zhì)譜在單神經(jīng)細(xì)胞中的應(yīng)用98
五、質(zhì)譜成像98
第四節(jié)同位素示蹤技術(shù)99
一、放射性同位素示蹤99
二、穩(wěn)定性同位素示蹤101
三、在腦代謝中的應(yīng)用101
第五節(jié)電化學(xué)及熒光成像技術(shù)103
一、電化學(xué)103
二、熒光成像法103
參考文獻(xiàn)109

第七章神經(jīng)電生理檢測112
第一節(jié)膜片鉗技術(shù)概述112
一、膜片鉗技術(shù)基本介紹112
二、膜片鉗中的電極112
第二節(jié)膜片鉗技術(shù)的應(yīng)用115
一、膜片鉗實(shí)驗(yàn)基本流程115
二、溶液配制116
三、離體腦片制備及培養(yǎng)117
四、離體腦片膜片鉗記錄117
五、在體動(dòng)物準(zhǔn)備117
六、應(yīng)用118
七、膜片鉗技術(shù)的新發(fā)展118
參考文獻(xiàn)120

第八章神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)記及示蹤的新方法121
第一節(jié)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物成像法121
一、轉(zhuǎn)基因技術(shù)示蹤121
二、成像試劑123
三、在體動(dòng)物成像技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展124
四、發(fā)展前景125
第二節(jié)活體導(dǎo)入標(biāo)記方法（電穿孔質(zhì)粒導(dǎo)入）125
一、電穿孔基因轉(zhuǎn)染的特點(diǎn)126
二、操作條件及注意事項(xiàng)126
三、電穿孔基因轉(zhuǎn)染技術(shù)的應(yīng)用127
四、電穿孔的研究進(jìn)展129
五、在體電穿孔技術(shù)的問題129
第三節(jié)病毒示蹤技術(shù)130
一、病毒工具的使用原則131
二、用于神經(jīng)環(huán)路示蹤的工具病毒133
三、用于細(xì)胞標(biāo)記和基因傳遞的病毒載體133
四、神經(jīng)環(huán)路示蹤136
參考文獻(xiàn)140

第九章電極記錄新技術(shù)143
第一節(jié)多通道微電極143
一、多通道微絲電極144
二、薄膜電極145
第二節(jié)電極陣列146
一、微電極陣列146
二、超薄絲綢電極陣列150
三、猶他電極陣列151
參考文獻(xiàn)155

第十章光學(xué)測量新技術(shù)157
第一節(jié)熒光成像157
一、常用試劑配制157
二、常規(guī)試驗(yàn)操作157
第二節(jié)新型熒光探針158
一、鋅離子熒光探針158
二、分子信標(biāo)159
三、熒光探針的一般設(shè)計(jì)原理160
第三節(jié)鈣成像技術(shù)161
一、鈣指示劑162
二、鈣指示劑入胞途徑164
參考文獻(xiàn)166

第十一章顯微成像新技術(shù)167
第一節(jié)電子顯微鏡技術(shù)167
一、透射電子顯微鏡167
二、掃描電子顯微鏡167
三、電子顯微鏡的應(yīng)用進(jìn)展167
第二節(jié)超分辨率光學(xué)顯微技術(shù)170
一、受激輻射損耗超分辨顯微技術(shù)171
二、光激活定位顯微技術(shù)171
三、隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)顯微技術(shù)173
四、DNAPAINT技術(shù)174
五、結(jié)構(gòu)光照明顯微技術(shù)174
第三節(jié)寬場照明成像技術(shù)176
一、寬場顯微鏡分類177
二、觀察方式177
參考文獻(xiàn)180

第十二章生物成像技術(shù)182
第一節(jié)激光掃描共聚顯微鏡182
一、生物樣品制備注意事項(xiàng)182
二、一般流程183
三、優(yōu)缺點(diǎn)184
四、應(yīng)用185
第二節(jié)磁共振成像188
一、磁共振成像188
二、梯度回波同、反相位成像189
三、磁共振水成像技術(shù)190
四、磁共振彌散成像技術(shù)191
五、磁共振血管成像技術(shù)192
六、磁敏感加權(quán)成像技術(shù)193
七、磁共振灌注加權(quán)成像技術(shù)194
八、氫質(zhì)子磁共振波譜成像技術(shù)195
九、氧化鐵基顆粒追蹤特定細(xì)胞并跟蹤其體內(nèi)分布197
十、功能磁共振成像199
第三節(jié)X射線、CT、ECT、SPECT204
一、X射線成像204
二、計(jì)算機(jī)體層成像206
三、發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描208
第四節(jié)腦磁圖成像215
一、腦功能區(qū)定位216
二、腦功能區(qū)疾病監(jiān)測217
三、腦功能區(qū)病變217
第五節(jié)多光子成像219
一、活體小鼠薄顱顱窗成像技術(shù)219
二、星形膠質(zhì)細(xì)胞成像220
三、脊髓背根神經(jīng)節(jié)成像221
四、三光子顯微鏡222
參考文獻(xiàn)223

第十三章光遺傳學(xué)技術(shù)225
第一節(jié)光遺傳學(xué)技術(shù)概述225
一、光遺傳學(xué)技術(shù)簡介及由來225
二、實(shí)驗(yàn)工具箱226
第二節(jié)互補(bǔ)性技術(shù)229
一、電生理學(xué)229
二、活動(dòng)成像229
第三節(jié)應(yīng)用及展望231
一、應(yīng)用231
二、前沿及展望231
參考文獻(xiàn)233

第十四章神經(jīng)環(huán)路圖譜繪制234
第一節(jié)單細(xì)胞分析235
第二節(jié)多模態(tài)分析238
一、跨物種分析238
二、空間組織圖239
三、電生理學(xué)和形態(tài)學(xué)表型242
第三節(jié)連接圖譜242
參考文獻(xiàn)246


第三篇常見神經(jīng)系統(tǒng)疾病
第十五章腦血管病248
第一節(jié)發(fā)病機(jī)制、臨床診斷及治療措施248
一、發(fā)病機(jī)制248
二、臨床診斷248
三、治療措施249
第二節(jié)腦血管病相關(guān)動(dòng)物模型250
一、腦缺血模型250
二、腦出血模型251
參考文獻(xiàn)253

第十六章腦損傷254
第一節(jié)發(fā)病機(jī)制、臨床診斷及治療措施254
一、發(fā)病機(jī)制254
二、臨床診斷254
三、治療措施255
第二節(jié)腦損傷模型及評(píng)價(jià)255
一、腦損傷動(dòng)物模型的建立255
二、模型評(píng)價(jià)256
參考文獻(xiàn)256

第十七章腦膠質(zhì)瘤258
第一節(jié)分類標(biāo)準(zhǔn)258
第二節(jié)影像學(xué)診斷與指導(dǎo)258
第三節(jié)治療措施259
一、手術(shù)治療259
二、藥物治療260
第四節(jié)腦膠質(zhì)瘤動(dòng)物模型建立及評(píng)價(jià)262
一、動(dòng)物模型建立262
二、動(dòng)物模型評(píng)價(jià)263
參考文獻(xiàn)264

第十八章阿爾茨海默病265
第一節(jié)發(fā)病機(jī)制、臨床診斷及治療措施265
一、發(fā)病機(jī)制265
二、臨床診斷265
三、治療措施266
第二節(jié)AD相關(guān)動(dòng)物模型266
一、轉(zhuǎn)基因小鼠模型266
二、慢病毒和基因敲除的動(dòng)物模型267
參考文獻(xiàn)267

第十九章帕金森病269
第一節(jié)發(fā)病機(jī)制、臨床診斷及治療措施269
一、發(fā)病機(jī)制269
二、臨床診斷270
三、治療措施270
第二節(jié)PD常見動(dòng)物模型271
一、神經(jīng)毒性模型271
二、殺蟲劑/除草劑模型273
三、遺傳模型274
參考文獻(xiàn)274

第二十章精神類疾病276
第一節(jié)發(fā)病機(jī)制、臨床診斷及治療措施276
一、發(fā)病機(jī)制276
二、臨床診斷276
三、治療措施276
第二節(jié)常見精神類疾病動(dòng)物模型276
一、抑郁癥動(dòng)物模型276
二、焦慮動(dòng)物模型278
參考文獻(xiàn)278

第二十一章神經(jīng)性疼痛280
第一節(jié)周圍神經(jīng)損傷模型280
一、軸切模型（完全橫斷坐骨神經(jīng)）280
二、慢性壓迫性損傷281
三、部分坐骨神經(jīng)結(jié)扎（PSL/Seltzer模型）281
四、脊神經(jīng)結(jié)扎281
五、選擇性神經(jīng)損傷模型282
六、脛腓神經(jīng)橫斷模型282
七、腓總神經(jīng)結(jié)扎術(shù)283
八、坐骨神經(jīng)冷凍性松解術(shù)283
九、尾干切除術(shù)283
十、坐骨神經(jīng)炎283
十一、坐骨神經(jīng)疼痛的套扎284
十二、光化學(xué)性坐骨神經(jīng)損傷284
十三、激光誘導(dǎo)的坐骨神經(jīng)損傷285
第二節(jié)中樞疼痛模型285
一、體重下降或挫傷性脊髓損傷（艾倫模型）285
二、興奮毒性脊髓損傷285
三、光化學(xué)SCI285
四、脊柱半橫斷286
第三節(jié)藥物性神經(jīng)病理性疼痛模型286
第四節(jié)其他疾病引起的神經(jīng)疼痛模型288
一、糖尿病引起的神經(jīng)病變288
二、癌癥疼痛模型289
三、帶狀皰疹后的神經(jīng)痛模型290
第五節(jié)雜項(xiàng)模型291
一、慢性乙醇消費(fèi)/戒斷引起的神經(jīng)病變模型291
二、吡哆醇引起的神經(jīng)病變模型291
三、三叉神經(jīng)痛模型292
四、口腔疼痛模型293
五、丙烯酰胺誘導(dǎo)的神經(jīng)病變模型293
參考文獻(xiàn)293

第二十二章神經(jīng)心臟學(xué)295
第一節(jié)概述295
第二節(jié)神經(jīng)心臟學(xué)的解剖和生理295
第三節(jié)神經(jīng)重癥患者的特殊心臟病299
一、心功能障礙和蛛網(wǎng)膜下腔出血302
二、應(yīng)激性心肌?。╰akotsubo心肌?。?03
參考文獻(xiàn)303

第二十三章神經(jīng)胃腸病學(xué)306
第一節(jié)神經(jīng)胃腸病學(xué)研究進(jìn)展306
一、神經(jīng)胃腸病學(xué)概述306
二、功能性胃腸病和羅馬Ⅳ體系308
第二節(jié)神經(jīng)胃腸病學(xué)研究方法310
一、測壓技術(shù)310
二、放射性核素檢查技術(shù)312
三、胃電圖檢測技術(shù)314
四、正電子發(fā)射斷層顯像技術(shù)316
五、功能磁共振顯像技術(shù)316
參考文獻(xiàn)317

第二十四章神經(jīng)腎臟病學(xué)318
第一節(jié)概述318
第二節(jié)腎去交感神經(jīng)化治療的臨床應(yīng)用319
一、腎去交感神經(jīng)化治療在腎功能正?；颊咧械呐R床應(yīng)用319
二、腎去交感神經(jīng)化治療在CKD患者中的臨床應(yīng)用319
三、腎去交感神經(jīng)化治療在ESRD患者中的臨床應(yīng)用319
參考文獻(xiàn)320