本書是關于神經科學基礎研究新技術和新方法的專著。共分三篇：神經科學研究基本操作技術、神經科學研究相關新技術和常見神經系統疾病。內容注重新穎性和實用性。在新穎性方面，本書專門辟出章節跟蹤最新文獻，總結了神經細胞示蹤、電生理檢查、光學成像、光遺傳學、神經連接圖譜繪制、生物信息學、人工智能等技術的研究進展；在實用性方面，本書簡要說明了技術的原理，介紹較為詳細的操作方法及相關經驗和技巧，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，也具備豐富的實驗經驗和技巧。本書內容豐富，論述精要，資料新穎，適合從事生命科學、基礎醫學，特別是神經科學等領域研究者參考，也是一本研究生教學參考書和科研工具書。

金旭，首都醫科大學附屬北京天壇醫院麻醉科主任醫師，教授，博士研究生導師。主要研究領域為慢性疼痛及中樞神經系統疾患的機理研究及納米載藥體系在疼痛治療中的應用；臨床研究領域為小兒神經外科麻醉、功能神經外科及腦保護等研究。發表SCI及核心期刊論文30余篇。兼任北京醫師協會麻醉專科醫師分會常務理事。

神經科學研究是科學界研究的重點之一，《科學》（Science）雜志提出的125個科學難題中神經科學相關的難題占據了大約三分之一。為了攻克這一系列難題，全球興起了諸多大型腦科學計劃，中國腦計劃是重要一環，目前布局為“一體兩翼”，即以研究腦認知的神經原理為“主體”，以研發腦重大疾病診治新手段和腦機智能新技術為“兩翼”。由計劃的框架可以看出，我國科學界清楚地認識到解決問題的契機一定是新技術的突破。為此，筆者邀請了神經科學臨床和科研領域的“兩棲專家”們共同編寫了本書，以期提綱挈領地呈現出神經科學基礎研究技術的新進展。
主編和副主編為在神經科學研究領域有一定造詣的青年學者，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，也具備豐富的實驗經驗和技巧，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的技能。本書內容注重新穎性和實用性。在新穎性方面，本書專門辟出章節跟蹤最新文獻，總結了神經細胞示蹤、電生理檢查、光學成像、光遺傳學、神經連接圖譜繪制、生物信息學及人工智能等技術的研究進展。在實用性方面，本書簡要說明了技術的原理，較為詳細地講解了操作方法，毫無保留地介紹了實驗經驗和技巧，使讀者可以“按圖索驥”，方便上手。
本書共分為三篇二十四章，分別從神經科學研究基本操作技術、研究的新技術以及常見神經系統疾病方面精練地介紹了神經科學基礎研究的經典方法和近年來的研究進展，各章節內容相對獨立，有利于讀者快速檢索。作者仔細核對了每一部分的具體內容，盡量參考最新文獻并總結歸納，為讀者深入了解研究進展、跟蹤學術前沿提供便利，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。
由于作者的經驗水平有限，本書難免存在不足，真誠希望廣大讀者批評指正，以便今后不斷修訂完善。

金旭 杜麗娜 鄭暉
2024年4月

第一篇神經科學研究基本操作技術
第一章體外神經細胞組織的取材和培養2
第一節神經細胞學2
一、神經元的分離、培養2
二、神經膠質細胞的分離、培養5
三、神經干細胞的概念及培養8
四、嵌合體細胞及其培育10
五、神經組織細胞的篩選13
六、常見體外神經組織細胞的病理模型19
七、神經細胞的測定指標與方法22
第二節神經組織學33
一、腦組織切片的制備33
二、腦組織標本的取材與檢測36
第三節人腦類器官培養方法48
一、體外BBB模型49
二、3D擬胚體法培養腦類器官54
三、區域特異性腦類器官55
參考文獻59

第二章神經營養因子研究方法62
第一節重組人腦源性神經營養因子的純化和鑒定62
第二節睫狀神經營養因子的cDNA克隆、表達、純化及其生物活性鑒定63
第三節紋狀體源性神經營養因子的純化64
第四節神經營養因子Neurturin在畢赤酵母中的高效表達、純化及活性鑒定66
第五節膠質細胞源神經營養因子基因克隆及產物純化68
參考文獻70

第三章神經遞質、調質和神經肽檢測方法71
第一節單胺類神經遞質檢測71
第二節褪黑素檢測73
第三節組胺檢測74
第四節腦內啡肽檢測75
第五節腦內氨基酸檢測76
參考文獻77

第四章受體研究方法78
第一節原位雜交78
一、基本定義78
二、研究應用78
三、原位雜交技術步驟78
四、熒光原位雜交實驗的步驟82
第二節其他受體研究方法——免疫組織化學染色技術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85
參考文獻86

第五章基因研究方法87
第一節單細胞/單核RNA測序87
一、基因差異表達分析87
二、反向遺傳90
第二節轉錄組學90
參考文獻91


第二篇神經科學研究相關新技術
第六章神經信號分子定量檢測技術94
第一節微透析技術94
一、腦微透析基本原理94
二、微透析系統及其特點95
三、微透析技術的應用95
第二節高效液相色譜96
一、HPLC操作流程96
二、等度和梯度洗脫96
三、應用97
第三節質譜97
一、質譜在神經肽類中的應用97
二、質譜在蛋白質組學中的應用98
三、質譜在單個神經元RNA修飾中的作用98
四、質譜在單神經細胞中的應用98
五、質譜成像98
第四節同位素示蹤技術99
一、放射性同位素示蹤99
二、穩定性同位素示蹤101
三、在腦代謝中的應用101
第五節電化學及熒光成像技術103
一、電化學103
二、熒光成像法103
參考文獻109

第七章神經電生理檢測112
第一節膜片鉗技術概述112
一、膜片鉗技術基本介紹112
二、膜片鉗中的電極112
第二節膜片鉗技術的應用115
一、膜片鉗實驗基本流程115
二、溶液配制116
三、離體腦片制備及培養117
四、離體腦片膜片鉗記錄117
五、在體動物準備117
六、應用118
七、膜片鉗技術的新發展118
參考文獻120

第八章神經細胞標記及示蹤的新方法121
第一節轉基因動物成像法121
一、轉基因技術示蹤121
二、成像試劑123
三、在體動物成像技術應用進展124
四、發展前景125
第二節活體導入標記方法（電穿孔質粒導入）125
一、電穿孔基因轉染的特點126
二、操作條件及注意事項126
三、電穿孔基因轉染技術的應用127
四、電穿孔的研究進展129
五、在體電穿孔技術的問題129
第三節病毒示蹤技術130
一、病毒工具的使用原則131
二、用于神經環路示蹤的工具病毒133
三、用于細胞標記和基因傳遞的病毒載體133
四、神經環路示蹤136
參考文獻140

第九章電極記錄新技術143
第一節多通道微電極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155

第十章光學測量新技術157
第一節熒光成像157
一、常用試劑配制157
二、常規試驗操作157
第二節新型熒光探針158
一、鋅離子熒光探針158
二、分子信標159
三、熒光探針的一般設計原理160
第三節鈣成像技術161
一、鈣指示劑162
二、鈣指示劑入胞途徑164
參考文獻166

第十一章顯微成像新技術167
第一節電子顯微鏡技術167
一、透射電子顯微鏡167
二、掃描電子顯微鏡167
三、電子顯微鏡的應用進展167
第二節超分辨率光學顯微技術170
一、受激輻射損耗超分辨顯微技術171
二、光激活定位顯微技術171
三、隨機光學重構顯微技術173
四、DNAPAINT技術174
五、結構光照明顯微技術174
第三節寬場照明成像技術176
一、寬場顯微鏡分類177
二、觀察方式177
參考文獻180

第十二章生物成像技術182
第一節激光掃描共聚顯微鏡182
一、生物樣品制備注意事項182
二、一般流程183
三、優缺點184
四、應用185
第二節磁共振成像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190
四、磁共振彌散成像技術191
五、磁共振血管成像技術192
六、磁敏感加權成像技術193
七、磁共振灌注加權成像技術194
八、氫質子磁共振波譜成像技術195
九、氧化鐵基顆粒追蹤特定細胞并跟蹤其體內分布197
十、功能磁共振成像199
第三節X射線、CT、ECT、SPECT204
一、X射線成像204
二、計算機體層成像206
三、發射型計算機斷層掃描208
第四節腦磁圖成像215
一、腦功能區定位216
二、腦功能區疾病監測217
三、腦功能區病變217
第五節多光子成像219
一、活體小鼠薄顱顱窗成像技術219
二、星形膠質細胞成像220
三、脊髓背根神經節成像221
四、三光子顯微鏡222
參考文獻223

第十三章光遺傳學技術225
第一節光遺傳學技術概述225
一、光遺傳學技術簡介及由來225
二、實驗工具箱226
第二節互補性技術229
一、電生理學229
二、活動成像229
第三節應用及展望231
一、應用231
二、前沿及展望231
參考文獻233

第十四章神經環路圖譜繪制234
第一節單細胞分析235
第二節多模態分析238
一、跨物種分析238
二、空間組織圖239
三、電生理學和形態學表型242
第三節連接圖譜242
參考文獻246


第三篇常見神經系統疾病
第十五章腦血管病248
第一節發病機制、臨床診斷及治療措施248
一、發病機制248
二、臨床診斷248
三、治療措施249
第二節腦血管病相關動物模型250
一、腦缺血模型250
二、腦出血模型251
參考文獻253

第十六章腦損傷254
第一節發病機制、臨床診斷及治療措施254
一、發病機制254
二、臨床診斷254
三、治療措施255
第二節腦損傷模型及評價255
一、腦損傷動物模型的建立255
二、模型評價256
參考文獻256

第十七章腦膠質瘤258
第一節分類標準258
第二節影像學診斷與指導258
第三節治療措施259
一、手術治療259
二、藥物治療260
第四節腦膠質瘤動物模型建立及評價262
一、動物模型建立262
二、動物模型評價263
參考文獻264

第十八章阿爾茨海默病265
第一節發病機制、臨床診斷及治療措施265
一、發病機制265
二、臨床診斷265
三、治療措施266
第二節AD相關動物模型266
一、轉基因小鼠模型266
二、慢病毒和基因敲除的動物模型267
參考文獻267

第十九章帕金森病269
第一節發病機制、臨床診斷及治療措施269
一、發病機制269
二、臨床診斷270
三、治療措施270
第二節PD常見動物模型271
一、神經毒性模型271
二、殺蟲劑/除草劑模型273
三、遺傳模型274
參考文獻274

第二十章精神類疾病276
第一節發病機制、臨床診斷及治療措施276
一、發病機制276
二、臨床診斷276
三、治療措施276
第二節常見精神類疾病動物模型276
一、抑郁癥動物模型276
二、焦慮動物模型278
參考文獻278

第二十一章神經性疼痛280
第一節周圍神經損傷模型280
一、軸切模型（完全橫斷坐骨神經）280
二、慢性壓迫性損傷281
三、部分坐骨神經結扎（PSL/Seltzer模型）281
四、脊神經結扎281
五、選擇性神經損傷模型282
六、脛腓神經橫斷模型282
七、腓總神經結扎術283
八、坐骨神經冷凍性松解術283
九、尾干切除術283
十、坐骨神經炎283
十一、坐骨神經疼痛的套扎284
十二、光化學性坐骨神經損傷284
十三、激光誘導的坐骨神經損傷285
第二節中樞疼痛模型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SCI285
四、脊柱半橫斷286
第三節藥物性神經病理性疼痛模型286
第四節其他疾病引起的神經疼痛模型288
一、糖尿病引起的神經病變288
二、癌癥疼痛模型289
三、帶狀皰疹后的神經痛模型290
第五節雜項模型291
一、慢性乙醇消費/戒斷引起的神經病變模型291
二、吡哆醇引起的神經病變模型291
三、三叉神經痛模型292
四、口腔疼痛模型293
五、丙烯酰胺誘導的神經病變模型293
參考文獻293

第二十二章神經心臟學295
第一節概述295
第二節神經心臟學的解剖和生理295
第三節神經重癥患者的特殊心臟病299
一、心功能障礙和蛛網膜下腔出血302
二、應激性心肌病（takotsubo心肌病）303
參考文獻303

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

第二十四章神經腎臟病學318
第一節概述318
第二節腎去交感神經化治療的臨床應用319
一、腎去交感神經化治療在腎功能正常患者中的臨床應用319
二、腎去交感神經化治療在CKD患者中的臨床應用319
三、腎去交感神經化治療在ESRD患者中的臨床應用319
參考文獻320