我们的脑细胞控制着我们生活的方方面面-从我们的动作到我们形成的记忆。但是以电脉冲的形式捕获神经元的活动并不容易。信息处理在不同的时间尺度上发生，并涉及电压，离子浓度和许多不同信号分子的快速变化。在自然通讯杂志上发表的一项新研究中，来自冲绳科学技术研究生院（OIST）的光学神经影像单元的科学家开发出一种成像技术，可以在广泛的动物中映射单个神经元的电活动。苏醒。由于神经元的微妙结构和电压的快速变化，迄今为止这是一个挑战。

 

在关于神经元如何通信的大多数研究中，科学家们记录了维持在培养皿中的一小片脑组织内的神经元的电信号。在这样的实验中，可以孤立地观察神经元，几乎没有来自其他神经元的任何输入。“从大脑切片技术中，我们学到了很多神经元如何工作，但它无法让我们全面了解神经元在活体动物中的运作方式，其中每个神经元与数千个其他神经元相连，”Bernd Kuhn教授解释说。，该研究的主要研究者。“现在我们可以克服这个问题。”

 

OIST的博士后研究员Kuhn教授和Christopher Roome博士使用这项新技术记录了小脑中的浦肯野神经元的活动-小脑是主要参与运动协调的大脑的一部分。这些Purkinje神经元中的每一个都接收来自小鼠中大约20,000个其他神经元的输入，并且为了比较，在人类中大约200,000个神经元。

 

科学家成功的秘诀是一种名为ANNINE的橙色染料，最初是在德国马克斯普朗克生物化学研究所开发的。库恩教授20年前参与了其开发，并一直致力于优化将其用于电压成像。染料和伴随的成像技术使科学家们现在能够检测到神经元内部电压的微小变化。

 

为了开发这种新技术，出于道德和科学原因，动物福利具有最高优先级。科学家们首先在头骨上做了一个非常小的切口，进入小鼠大脑中的Purkinje神经元，然后对它们进行遗传修饰，产生一种名为GCaMP的蛋白质，这种绿色染料可以跟踪神经元内的钙离子浓度。Roome博士开发了一种特殊技术来闭合先前制作的切口，同时提供观察神经元活动的窗口，并且仍允许通过端口进入神经元。这个端口使科学家们可以使用微量移液器一次注射一个电池敏感的ANNINE染料。然后使用双光子显微镜观察神经元。使用ANNINE和GCaMP对神经元进行双重标记可以通过同时对电压和钙浓度进行成像来绘制它们的活性。当神经元被激活时，其内部的电压在千分之一秒内变化。它还会导致细胞内的钙水平波动，但它们的变化速度要慢10到100倍。因此，通过绘制电压变化图，研究人员能够检测出不同类型的信号，而不是通过测量单个神经元内发生的钙离子浓度。基于这种电压映射技术，Kuhn教授和Roome博士估计每个Purkinje神经元每秒从其他神经元接收大约10000个信号。下面的图像2将信号描绘为红点和条纹。它内部的电压在千分之一秒内变化。它还会导致细胞内的钙水平波动，但它们的变化速度要慢10到100倍。因此，通过绘制电压变化图，研究人员能够检测出不同类型的信号，而不是通过测量单个神经元内发生的钙离子浓度。基于这种电压映射技术，Kuhn教授和Roome博士估计每个Purkinje神经元每秒从其他神经元接收大约10000个信号。下面的图像2将信号描绘为红点和条纹。它内部的电压在千分之一秒内变化。它还会导致细胞内的钙水平波动，但它们的变化速度要慢10到100倍。因此，通过绘制电压变化图，研究人员能够检测出不同类型的信号，而不是通过测量单个神经元内发生的钙离子浓度。基于这种电压映射技术，Kuhn教授和Roome博士估计每个Purkinje神经元每秒从其他神经元接收大约10000个信号。下面的图像2将信号描绘为红点和条纹。研究人员能够检测到不同类型的信号，而不是通过测量单个神经元内发生的钙离子浓度。基于这种电压映射技术，Kuhn教授和Roome博士估计每个Purkinje神经元每秒从其他神经元接收大约10000个信号。下面的图像2将信号描绘为红点和条纹。研究人员能够检测到不同类型的信号，而不是通过测量单个神经元内发生的钙离子浓度。基于这种电压映射技术，Kuhn教授和Roome博士估计每个Purkinje神经元每秒从其他神经元接收大约10000个信号。下面的图像2将信号描绘为红点和条纹。

 

“这是对许多第一次的研究，”库恩教授说。这不仅是第一次使用电压敏感染料来检测和绘制清醒动物中单个神经元的活动，它也是第一次同时成像电活动和钙离子浓度。库恩教授补充说：“这项研究的光学记录是迄今为止单个神经元如何在清醒动物中发挥作用的最完整的观察结果。”科学家相信这项新技术将使神经科学家能够了解神经元-我们大脑的基本构建模块-是如何在清醒和反应灵敏的动物中发挥作用的。