超灵敏的钙传感器为神经元活动提供了新的线索

每次听一个单词，迈出一步或阅读句子时，一系列神经元在整个大脑中都会在整个大脑中发出快速继电器来处理信息。现在，研究人员通过在触发时观看链条亮起的每个单元格，有一种新的观看这些消息的新方法。

当一个神经元从其邻居之一接收信号时，脉冲将突然系列一系列朝向传递信息的电化学事件。在第一个事件中：钙离子赶到了神经元当一组通道打开时。Howard Hughes Medical Institute的Janelia Farm Research Campus的科学家们已经设计了一种新的蛋白质，每次感觉到这些蛋白质钙波浪，给科学家们一种可视化整个脑中每个神经元的活动的方法。新蛋白质是曾经开发的最敏感的钙传感器，首先允许检测每个神经冲动，而不是一部分。结果报告于2013年7月18日杂志上自然。

“你可以用不同的神经元类型扮演不同部分的管弦乐队将大脑想象出来，”Janelia Lab Head Karel Svoboda，神经生理学家和开发新传感器的团队成员。“以前的方法只让我们听到一小部分旋律。现在我们可以立即听到更多的交响乐。将来改善分子和成像方法可以让我们能够听到整个交响乐。”

检测大脑神经元发射,当,是学习的一个关键步骤的大脑区域与特定活动或障碍,记忆是如何形成的,如何学习行为,和基本的关于大脑如何组织神经元并将信息存储在这个组织。

二十年前，想要使用钙的科学家来查​​明神经活动依靠合成钙指示剂染料，首先由HHMI Investigator Roger Tsien开发。当神经元烧制时，染料亮起，但难以注射和高毒性 - 动物的大脑只能使用染料成像。

1997年，Tsien领导的研究人员开发了第一个基因编码钙指示剂(GECI)。GECIs是通过将钙传感器的基因与荧光蛋白的基因结合而制成的，这种结合方式使钙传感器在与钙结合时发出荧光。GECI基因可以整合到老鼠或苍蝇等模式生物的基因组中，因此不需要注射染料。动物自身的脑细胞会在其一生中产生这些蛋白质，而且大脑活动可以在任何一种动物身上反复研究，从而允许对学习和发育等过程进行长期研究。但是GECIs不像笨重的染料那样精确，改进它们是一个缓慢的过程。

Svoboda说:“新版本的开发是非常零散的。”他解释说，在化学家开发出传感器之后，生物学家可能要过很多年才能有机会在活体动物的大脑中测试它们。“获得反馈的过程非常缓慢。”

Svoboda以及Janelia Lab Heads Loren Looger，Vivek Jayaraman和Rex Kerr在Janelia形成了遗传编码的神经指标和效应（Genie）项目，加快了创新。由HHMI计划科学家Douglas Kim领导的Genie项目是Janelia在线在线的几个协作团队项目之一。该项目开发了一种更高吞吐量和更准确的方式来测试最佳工作Geci的新变种，称为GCAMP。步骤包括一下可以容易地在许多蛋白质上进行的简单测试，例如测量当在比色皿中钙的钙脱掉蛋白质的荧光，以及在不同类型的神经元和遗传工程中的最终实验中的功能的早期测试小鼠，苍蝇和斑马鱼。

“当人们开发之前的geci时，他们会非常仔细地测试10到20种变体之间的某个地方。我们能够在一个高度定量的神经元分析中筛选1000个，”Looger说。“当你能看到这么多结构时，你就能更好、更有趣地观察是什么造就了理想的传感器。”

该团队连续转过甘地结构的调整，使其准确地感测钙，亮相亮相，并在模型生物中工作。在该工作之后，他们解决了传感器的版本，这些传感器在所有方面都比以前的Gecis更好。他们的新传感器被称为GCAMP6，产生的信号比过去版本更强大。令人惊讶的是，它的敏感性甚至优于合成染料。

“人们认为合成染料让我们在神经元中看到每一项活动，”Looger说。“但我们现在表明这些染料不仅难以加载和毒性，但它们甚至没有录制每次活动。”

GCAMP6将成为Janelia和世界各地的研究人员，他们希望在大脑中全面了解每种神经元的活动。与此同时，团队计划继续继续改进它，为特定用途开发完全新的版本。例如，他们希望制作一个GECI，其发出红色荧光而不是绿色，因为红色更容易在更深的组织中看到。

“Janelia Farm的陈述目标之一是在果蝇中开发每个神经元的地图集脑”,Looger说。“我能想到的为这样一个地图集分配功能的最实用的方法是使用钙传感器。有了这个新的传感器，我想人们会感到更舒服，因为他们可以得到所有他们能得到的信息。”

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