学习说 | 动作电位（Action potential）的发生机制及研究方法
在生理学研究中，动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的一次膜两侧电位的快速而可逆转的倒转和复原的过程。动作电位由峰电位和后电位组成，分别对应去极化（Depolarisation）和超极化（Hyperpolarization）过程。
可发生动作电位的细胞都可统称为可兴奋型细胞，这类细胞种类很多，包括心肌细胞，神经元细胞，肌肉细胞，内分泌细胞，还有一些植物细胞等。
在上世纪三四十年代，Alan Hodgkin和Andrew Huxley两位科学家一起合作，在枪乌贼的巨轴突（Squid giant axons）上利用电压钳的技术，记录到了清晰的动作电位。该项研究成果最早发表在1939年的 《Journal Nature》上，二人也因此一起获得了1963年的诺贝尔生理学和医学奖。
图1：枪乌贼巨轴突的记录电极(A)；记录到的动作电位(B)
细胞膜上分布着很多离子通道，对各种离子具有选择性，如Na+通道，K+通道等，从而膜内外具有一定的电位差，通常称为静息电位。随着离子通道开闭状态的变化，膜内外的电位差也发生变化，当膜电位减小到一定数值（阈电位）时，就会引发动作电位的发生，具体过程见下图。
图2：动作电位各阶段
神经元细胞是一类高度特化，可兴奋型的细胞，人的大脑中大约有数以百亿数量的神经元，是脑功能的最小单位。动作电位是神经元细胞之间信息传递和交流的重要方式。神经元具有长长的树突和轴突，可与其他神经元的树突和轴突形成突触(Synapsis)这种高度特化的结果，来进行信息传递。
图3：神经元及突触结构（来自《Neuronsand glial cells》）
神经元发生的动作电位也被称为“Spike”，连续的Spike发放就称为“Spike train”。一个神经元发生Spike或Spike train时，也被通俗的称为“Fire”。
4.1 离体的膜片钳（电压钳）
膜片钳又称单通道电流记录技术，用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面，使之形成10～100的密封(Giga-seal)，又称巨阻封接，被孤立的小膜片面积为μm量级，内中仅有少数离子通道。然后对该膜片实行电压钳位，可测量单个离子通道开放产生的pA（10的负12次方安培）量级的电流。
图4：膜片钳示意图
膜片钳技术具有高灵敏度，高精度的特点，可以检测单个离子通道的电流，是一种非常精密的技术，广泛应用于心脏电生理，神经科学等领域。但由于其是离体实验方法，数据通量不大，实验难度较高，在研究神经元之间的交互，神经网络时有一些局限性。
在体多通道记录（In-vivo multichannel recording）是在活体状态下研究动物大脑活动及神经活动的一种方法。将多电极阵列植入动物的大脑某皮层或区域，电极后续接入高灵敏度的放大器及记录系统，将记录到的模拟信号转换成数字信号，在配套的记录软件上便可以观察到放电信号。
图5：在体多通道记录示意图
在体多通道记录技术已经成为一种研究动物大脑神经元活动的主要手段，其高通量的数据，高速的采样频率，多种的记录手段（急性，慢性实验等），多种技术交叉应用等特点，正好弥补了一些离体膜片钳记录的局限性，而且可以更好的研究神经元群体以及神经网络。对于想研究单神经元或多神经元放电，神经元活动与行为之间关系，各脑区功能的研究者来说，在体多通道记录技术是非常好的选择！
随着中国“脑计划”的开展和实施，瑞沃德也迫切希望在神经科学领域为广大研究者提供帮助。自2018年起，深圳市瑞沃德生命科技有限公司正式成为美国Neuralynx,Inc.的国内代理，全心致力于为中国神经科学研究提供优质，稳定，高端的电生理仪器，为中国“脑计划”助力！
Neuralynx,Inc.是国际公认的电生理数据记录系统、神经科学研究解决方案、及人类临床医疗应用的知名厂家。Neuralynx公司专门从事前沿尖端电生理数据记录系统、光遗传刺激系统及其他应用系统的生产和研发，为全球用户提供全面的技术支持和解决方案。其产品和服务遍布全球各大知名学府，研究单位和医院，超过1000多套的Neuralynx系统在电生理研究中为使用者提供稳定，高效，优异的服务！
图6：Digital LynxSX在体多通道记录系统
Digital Lynx SX是Neuralynx公司生产的高性能、高通量神经数据采集和分析系统，能够提供为用户超低噪音、直流耦合、全波段记录带宽和最大信号输入范围的解决方案。全新的combo board作为Digital Lynx SX系统的基础，能执行模数转换和参考选择。其高通量的采集、超低的噪音、全波段记录的特性、简便灵活的操作等各方面的卓越性能，为使用者提供了高端可靠的研究平台！
往期经典回顾
激光散斑如何优化大小鼠全脑缺血再灌注模型深圳市瑞沃德生命科技有限公司
www.rwdmall.com
为医学研究及临床应用领域提供最佳解决方案