2025年大學(xué)《神經(jīng)科學(xué)》專業(yè)題庫——神經(jīng)元突觸結(jié)構(gòu)的超高分辨率顯微成像考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)。）1.下列哪一項不屬于突觸后膜上常見的受體類型？A.離子通道型受體B.G蛋白偶聯(lián)受體C.代謝型受體D.突觸囊泡相關(guān)蛋白2.瑞利極限主要限制了哪種顯微鏡的分辨率？A.電子顯微鏡B.光學(xué)顯微鏡C.掃描探針顯微鏡D.X射線衍射技術(shù)3.STED顯微成像技術(shù)利用了哪種熒光現(xiàn)象來實現(xiàn)亞衍射極限分辨率？A.熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）B.受激發(fā)射（StimulatedEmission）C.光漂白（Photobleaching）D.結(jié)構(gòu)光照明（StructuredIllumination）4.PALM和STORM等超分辨率光刻技術(shù)的基本原理是？A.利用共聚焦針孔選擇單光子熒光B.通過結(jié)構(gòu)光圖案實現(xiàn)相干檢測C.定位大量單個熒光分子實現(xiàn)高分辨率圖像重建D.利用電子束與樣品相互作用獲取高分辨率圖像5.與傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡相比，STED顯微鏡的主要優(yōu)勢在于？A.成像速度更快B.對活細胞成像兼容性更好C.能夠突破衍射極限，獲得更高分辨率D.更容易實現(xiàn)三維成像6.電子顯微鏡（尤其是透射電子顯微鏡）在觀察神經(jīng)元突觸結(jié)構(gòu)時，其分辨率遠高于光學(xué)顯微鏡的主要原因是？A.使用了更強的光源B.普遍使用了油鏡C.利用了探測電子波長的德布羅意關(guān)系D.樣品制備過程更精細7.以下哪種技術(shù)通常更適合用于觀察活細胞內(nèi)的動態(tài)突觸結(jié)構(gòu)變化？A.高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）B.結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡（SIM）C.光激活定位顯微鏡（PALM）D.雙光子顯微鏡（雖然不是超分辨率，但常用于活體動態(tài)）8.突觸前密度體（ActiveZone）的主要功能是？A.包裹神經(jīng)遞質(zhì)囊泡B.釋放神經(jīng)遞質(zhì)到突觸間隙C.結(jié)合突觸后受體D.調(diào)節(jié)突觸間隙的離子濃度9.當(dāng)研究人員需要觀察細胞內(nèi)大量稀疏的熒光標(biāo)記結(jié)構(gòu)時，哪種超分辨率技術(shù)可能更為高效？A.STEDB.SIMC.PALMD.Airyscan10.電突觸的主要特點之一是？A.通過神經(jīng)遞質(zhì)介導(dǎo)信號傳遞B.具有較寬的突觸間隙（約20-40nm）C.信號傳遞速度快，幾乎是瞬時的D.突觸后膜上有特殊的胞質(zhì)連接物（GapJunction）二、填空題（每空1分，共15分。請將正確答案填入橫線內(nèi)。）1.神經(jīng)元之間傳遞信息的特殊結(jié)構(gòu)稱為________，它包括突觸前末梢、________和突觸后成分。2.傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率受限于________極限，大約為0.2微米。3.STED技術(shù)通過利用________產(chǎn)生的非輻射復(fù)合過程來“收縮”熒光光點，從而實現(xiàn)超分辨率。4.SIM技術(shù)通過使用________模式的照明來獲取相干信息，并利用數(shù)學(xué)算法重建高分辨率圖像。5.PALM和STORM技術(shù)都依賴于可逆光漂白和________的過程來定位單個熒光分子。6.在突觸后膜上，與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合并引起膜電位變化的蛋白質(zhì)通常被稱為________。7.電子顯微鏡觀察細胞結(jié)構(gòu)需要將樣品制成________狀態(tài)，這通常會導(dǎo)致細胞死亡和結(jié)構(gòu)變形。8.突觸可塑性是突觸強度發(fā)生持久的改變，是學(xué)習(xí)和記憶的________。9.________成像是一種結(jié)合了光學(xué)激發(fā)和超聲探測的技術(shù)，能夠提供組織內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)和功能信息。10.突觸間隙中，神經(jīng)遞質(zhì)從突觸前末梢釋放后，通過擴散到達突觸后膜，這一過程稱為________。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出每個名詞的準(zhǔn)確定義。）1.突觸前密度體（ActiveZone）2.瑞利極限（RayleighLimit）3.超分辨率顯微成像（Super-ResolutionMicroscopy）4.突觸可塑性（SynapticPlasticity）5.結(jié)構(gòu)光照明（StructuredIlluminationMicroscopy）四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述STED和PALM這兩種超分辨率技術(shù)的原理的主要區(qū)別。2.與活細胞成像相比，使用固定細胞進行高分辨率成像（如ET-SEM）有哪些優(yōu)勢和劣勢？3.簡要說明突觸囊泡如何將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙的過程。4.為什么說僅僅獲得高分辨率的突觸圖像并不足以完全理解其功能？需要結(jié)合哪些信息？五、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入探討下列問題。）1.比較并討論STED、SIM和PALM這三種主流超分辨率顯微成像技術(shù)的原理、分辨率、適用場景及各自的局限性。2.電子斷層掃描（ET）技術(shù)（如ET-SEM）在研究神經(jīng)元三維突觸結(jié)構(gòu)方面具有獨特優(yōu)勢，請闡述其原理，并說明其在理解突觸連接和功能中的作用。3.神經(jīng)科學(xué)研究中對超高分辨率顯微成像技術(shù)的需求日益增長。請討論這些先進技術(shù)如何改變了我們對突觸結(jié)構(gòu)、突觸組（Synaptome）以及相關(guān)神經(jīng)疾?。ɡ绨柎暮Ｄ≈械耐挥|丟失）認識的理解。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.C5.C6.C7.C8.B9.C10.C二、填空題1.突觸，突觸間隙2.瑞利3.受激發(fā)射4.結(jié)構(gòu)光5.光激活定位6.突觸受體7.超薄切片8.基礎(chǔ)9.光聲10.神經(jīng)遞質(zhì)擴散三、名詞解釋1.突觸前密度體（ActiveZone）：位于突觸前膜內(nèi)側(cè)的一系列特化結(jié)構(gòu)區(qū)域，富含突觸囊泡、SNARE復(fù)合物和鈣離子通道，是神經(jīng)遞質(zhì)囊泡出胞釋放的關(guān)鍵場所。2.瑞利極限（RayleighLimit）：傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡能夠分辨的兩個點源分離的最小距離極限，約為0.61λ（λ為光波長），受限于光的衍射效應(yīng)。3.超分辨率顯微成像（Super-ResolutionMicroscopy）：指能夠突破傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡衍射極限（瑞利極限），實現(xiàn)亞細胞尺度（通常亞0.2微米）分辨率成像的技術(shù)總稱。4.突觸可塑性（SynapticPlasticity）：指突觸傳遞效能隨著時間發(fā)生變化的特性，是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)、學(xué)習(xí)和記憶的基礎(chǔ)，包括短期和長期變化。5.結(jié)構(gòu)光照明（StructuredIlluminationMicroscopy）：一種超分辨率顯微技術(shù)，通過使用規(guī)律性的光圖案（如條紋、網(wǎng)格）照射樣品，利用圖像中的相位信息通過算法重建超出衍射極限的高分辨率圖像。四、簡答題1.STED利用受激發(fā)射衰變過程，通過使用一個抑制光（StabilizingLight）在非目標(biāo)區(qū)域抑制熒光分子的受激發(fā)射，使得熒光信號僅在一個非常小的體積內(nèi)產(chǎn)生，從而實現(xiàn)分辨率提升。其原理核心是光物理過程的抑制。PALM則基于單分子定位原理，通過光激活熒光標(biāo)記（如FP），使少量、稀疏的熒光分子在空間上離散化，然后利用高分辨率相機逐個成像并記錄每個分子的精確位置，最后通過算法整合所有定位點構(gòu)建高分辨率圖像。其原理核心是基于統(tǒng)計和定位。2.優(yōu)勢：電子束的德布羅意波長極短（納米級），理論分辨率遠超光學(xué)顯微鏡；能夠提供極其精細的細胞超微結(jié)構(gòu)信息；成像深度相對較大。劣勢：需要復(fù)雜的樣品制備過程（如固定、脫水、染色、超薄切片），該過程不可避免地會導(dǎo)致細胞死亡和天然結(jié)構(gòu)的嚴重變形甚至破壞；通常需要真空環(huán)境；對操作人員技術(shù)要求高，且存在輻射風(fēng)險。3.突觸囊泡通過SNARE蛋白復(fù)合物與突觸前膜上的SNARE受體精確對接；鈣離子通道開放，鈣離子內(nèi)流；鈣離子濃度升高觸發(fā)囊泡與突觸前膜融合；囊泡膜與突觸前膜融合孔洞擴大，神經(jīng)遞質(zhì)被釋放到突觸間隙。4.高分辨率圖像僅展示了突觸的靜態(tài)結(jié)構(gòu)信息，而突觸功能涉及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放速率、量、突觸后受體的類型和密度、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、突觸強度的動態(tài)變化（可塑性）等多個方面。理解突觸功能還需要結(jié)合電生理記錄、化學(xué)示蹤、行為學(xué)實驗以及多模態(tài)成像（結(jié)合功能成像、結(jié)構(gòu)成像）等多維度信息。五、論述題1.STED：原理是基于受激發(fā)射的抑制，通過一個抑制光場在目標(biāo)熒光點以外區(qū)域抑制熒光分子的受激發(fā)射，使得熒光只在衍射極限大小的點狀區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生。優(yōu)點是可以在一定程度上保持樣品的光化學(xué)穩(wěn)定性（相比強漂白），適用于多種熒光標(biāo)記，可實現(xiàn)納米級分辨率。缺點是成像速度相對較慢（受抑制光影響），對樣品透明度和厚度有一定要求，抑制光的引入可能帶來光毒性。SIM：原理是利用規(guī)律性的結(jié)構(gòu)光圖案（如條紋）照射樣品，每個光斑的強度隨空間位置呈正弦變化。通過檢測多個不同角度的照明圖案下的熒光信號，利用相干檢測原理，可以重建出遠超單一光斑衍射極限的高分辨率圖像。優(yōu)點是成像速度相對較快，對樣品光穩(wěn)定性和厚度要求相對較低，可以同時獲取多通道信息。缺點是圖像處理計算量較大，可能對熒光分布有一定平滑效應(yīng)，分辨率提升程度受結(jié)構(gòu)光周期限制。PALM：原理是基于單分子定位。通過光激活（通常是不可逆漂白）使樣品中少量熒光標(biāo)記物（如FP）點亮，利用高分辨率相機捕捉每個點亮分子的精確位置，累積足夠多的定位點后，通過算法重建高分辨率圖像。優(yōu)點是能夠突破光漂白限制，實現(xiàn)真正意義上的納米級分辨率，尤其適用于觀察稀疏標(biāo)記的結(jié)構(gòu)或事件。缺點是光激活過程可能導(dǎo)致熒光團不可逆損失，成像速度慢（受限于單分子成像效率），對標(biāo)記物密度有要求（不能過高），數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。SIM和PALM都是基于統(tǒng)計原理，但SIM利用空間相干性，PALM利用分子個體定位。2.電子斷層掃描（ET）技術(shù)，特別是電子背散射掃描電子顯微鏡（ET-SEM）或透射電子顯微鏡（ET-TEM）結(jié)合三維重建，其原理是獲取樣品在多個不同傾角下的二維投影圖像。利用計算機算法（如迭代重建算法），將這些二維投影圖像整合起來，計算出樣品內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)信息。在神經(jīng)元研究中，ET可以提供極其高分辨率的（納米級）突觸連接組信息，精確顯示突觸小體、軸突末梢與目標(biāo)神經(jīng)元之間的連接模式、突觸密度、以及更精細的亞細胞結(jié)構(gòu)。這對于理解神經(jīng)元回路形成、信息傳遞路徑、以及研究神經(jīng)退行性疾病中突觸連接的丟失和重塑等方面具有不可替代的作用。3.超高分辨率顯微成像技術(shù)極大地推動了神經(jīng)科學(xué)對突觸結(jié)構(gòu)認識的深化。首先，它揭示了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡無法分辨的突觸亞結(jié)構(gòu)細節(jié)，如突觸前膜上的主動區(qū)、致密核心顆粒、突觸間隙中的精細結(jié)構(gòu)、突觸后膜上的受體和離子通道的精確分布模式（如受體集群），為理解突觸傳遞的基本機制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。其次，通過結(jié)合不同類型的標(biāo)記物（如突觸蛋白、神經(jīng)遞質(zhì)受體、甚至遺傳標(biāo)簽），