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摘要探索神经系统的结构与信息处理机制，揭示高级神经活动的本质，是人类最为重大的自然科学命题之一。现在已经达成共识的是，神经系统的所有高级功能的实现都离不开信号的产生、传递、处理和储存。神经元是神经系统的基本结构与功能单位，其相互连接构成了一个极其复杂的网络系统。由神经元组成的特殊信号传导网络系统，介导或者调节生物体的行为。因此，在神经科学的研究中，神经元集群间的信息传递机制是神经系统功能研究的最基本问题。<br>　　 通过体外培养神经元，神经元之间可以通过突触连接形成简单的神经网络。通过这些简单的神经网络模型我们可以精确定位这个简单神经网络模型中神经元间的相互联系，从而研究神经元之间的电信号传递和处理特性。这不但是研究体内更复杂神经网络的前提，也为最终探索神经系统乃至整个大脑的功能奠定基础。<br>　　 针对传统的细胞电生理检测方法（电压钳和膜片钳）存在改变细胞特性、不能同步对多个细胞进行测定等问题，随着生物电子学技术的发展、微/纳机电加工技术的介入以及计算机速度和数据分析能力的提高，数十年来，国际上发展出一种新的技术——微电极阵列(Micro-electrodeArray，MEA)。MEA是一种细胞外电信号检测工具，可以实现对神经元集群进行实时、高通量、无损伤和长时程测量，非常适合于研究神经元细胞的自发活动，MEA还可以检测神经元细胞在受到外界刺激（电刺激和化学刺激等）时膜电位变化的情况，因此已经在神经生物学领域中得到了广泛的应用。<br>　　 本论文利用课题组自主研制的基于硅基工艺的电信号激励与探测用微电极阵列，在电极区内培养类神经细胞——PC12细胞，对其信号传递特性进行了初步探究，为以后研究神经元信号传递特性打下基础。<br>　　 本论文首先在生理盐水、无血清培养基、10％胎牛血清和完全培养基四种不同介质条件下，进行无细胞的电激励和探测实验，以分析在无细胞的条件下，电激励信号在以上四种媒介中的传播特性。结果发现，探测电极探测到的信号均为激励信号引起的伪迹。在四种不同介质下，伪迹幅值大小基本相同，并且随着激励信号幅值的增大，伪迹信号幅值先呈线性增大，后趋于稳定，大小不变。然后在完全培养基介质下，改变激励信号波形和探测电极位置，进行无细胞的电激励和探测实验，以识别不同电激励信号模式所产生的伪迹的形式，以及在单端探测方式和差动的探测方式对伪迹信号的影响。结果发现，两种激励波形下得到的伪迹波形均与各自激励相似，两者之间除正负信号出现时间不同外，信号幅值相近;采用差动的信号采集电路进行信号采集，发现伪迹波形也与激励波形相似，且在同样幅值的激励信号下，采用对称输入方式将两个信号输入差动的神经信号采集电路，能得到幅值较小的伪迹信号，可见采用对称输入方式将两个信号输入差动的神经信号采集电路有利于细胞信号的记录。<br>　　 本论文接着进行了PC12细胞单路电激励和单路电信号探测，通过在激励电极上加上由小到大的电激励信号，记录探测电极上的信号，以观察探测电极刚开始记录到细胞信号时激励阈值以及细胞信号幅值随激励信号幅值变化情况。结果发现，激励幅值增大到35mV时，探测电极开始记录到细胞发放的峰电位，表明PC12细胞在信号生成过程中存在阈值效应。进一步对PC12细胞峰电位幅值变化情况进行分析，发现随着激励信号幅值的增大，峰电位幅值先增大，当激励信号幅值在50mV和60mV时，峰电位幅值达到最大，随后峰电位幅值趋于平稳，基本保持不变，表明PC12细胞生成的信号在激励超过50mV时，幅值便不受激励信号幅值的影响，即信号生成过程中还存在着饱和效应。<br>　　 随后，本论文进行了PC12细胞单路电激励和多路电信号探测。通过在激励电极上加上阈值以上的激励信号，记录所有电极上的信号，以观察各个电极上细胞之间信号传递特性:信号传递过程中幅值变化、信号传递方向、信号传递速率。结果发现各电极上探测到的细胞信号波形基本相同，幅值也基本相同，表明信号在PC12细胞间传递时，保持恒定的振幅，其并不随着传播距离的增大而减小。进一步分析信号在细胞间的传递的方向，发现在离激励电极较远的探测电极上，细胞信号幅值过零点要比在较近的探测电极上的迟，说明细胞信号从离激励电极较近的探测电极上传向较远的探测电极。进一步根据探测电极间的物理距离和细胞信号的延迟粗略估算出了细胞信号传递的速率。<br>　　 最后，本论文对PC12细胞进行了乙酰胆碱和电信号同时激励实验。通过同时在硅基MEA培养腔中加入不同浓度的乙酰胆碱和不同幅值的激励信号以刺激PC12细胞，得到了在不同乙酰胆碱浓度下，电信号激励产生细胞信号的阈值。