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搭建电生理记录系统1-框架结构

已有 499 次阅读 2021-4-1 23:27 |个人分类:电生理仪器|系统分类:科研笔记

       从电子管放大器诞生开始,科学家们便有了工具去探测微弱的生物体电生理信号。生物电生理信号的研究应用已经越来越多,电生理系统也成为了生理学研究的常见工具。一些革命性的电生理学研究的方法也曾获得诺贝尔奖。电生理信号探测系统和数据采集处理系统已经越来越稳定耐用。无奈电生理仪器始终属于小众商品,用户数量有限,为了养活无数的经销商和工程师,电生理系统的价格一直居高不下。这对刚进入这个领域的科研人员来说,无疑是巨大的困难。电生理研究系统开放多样,通常只要能高保真的记录到信号,便可应用到研究当中。许多高水平电生理系统的工程师都有属于自己的电生理系统设计。但是国内学科交叉的合作非常困难,再加上硬件工程师人才紧缺,我国电生理研究平台也大多靠进口,生物生态和生理学家们在这个方向的花费高达数亿元。为了让同行研究人员可以低成本的使用到电生理研究工具。从今天开始,我将分享低成本的生态信号电生理分析系统搭建的经验。细节众多,欢迎大家共同讨论改进。


一、生态信号研究的电生理记录系统的框架:

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       物种通讯的信号可以是多模态的,振动、声、光、气味、味道、形状、触感等都可以传递信息。对这些信号进行定性和定量的其他仪器分析,是进行信号感受电生理研究的前提。当然电生理分析也是辅助定性和定量研究的重要手段,也可与其他仪器分析手段联用,提高分析效率。当定性定量的分析了信号的特性后,为了更严密的从逻辑上来验证分析结果的可靠性,往往需要人工合成这些信号来验证,所选择的信号是否会发生同样生态现象。其中最直观的证据便是,人工合成的信号是否可以激发相同的感受电生理。这将为信号行为和生理活性分析提供重要基础,没有电生理活性的信号,通常也不一定具有行为和生理活性。

       感受电生理检测系统,通常使用感受物种的感受器官来充当检测器。这些检测器有大有小,大的如整个叶片、昆虫的触角为整个的感受器官,小的可以到细胞,甚至细胞上的每个离子通道。为了从宏观到微观水平上记录感受电生理,需要相应操作在裸视和微观条件下的各种显微操作设备、光学隔震台、配备特殊的高景深长焦物镜的电生理显微镜。不同于神经电生理对模式物种和特异性组织开展的研究,生态信号电生理分析的研究材料复杂,具体材料需要优化方案,所使用的辅助设施也有所差别。

       数据采集和分析是任何仪器都离不开的环节,随着电子工业的发展,早已不需要使用相机、走纸记录仪、积分仪什么的来记录数据。通过将模拟信号高速转换为数字信号,并通过电脑通讯接口缓存下载并长期存储在硬盘中已经是非常容易的事。存储好的数据再进行分析测量,大大提高了试验的灵活性。一些通常的电子电工测量仪器完全可以替代昂贵的专业电生理数据采集器。在数据分析软件免费开源的背景下,许多适用于生态信号的电生理数据分析过程都可以在免费平台上完成。比如基于R语言的数据分析软件就包含许多电生理数据分析可用的函数包,通常的数据信号处理操作有基线校正、积分、滤波、放电计数等基本操作。





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1 农绍庄

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