研究人员开发了一种可视化和控制底层行为的神经活动的技术

自从科学家们开始研究大脑以来，他们一直在问，他们观察到的生物学是否真的与外部行为有关。研究人员正在建立对神经元的生物物理、分子和细胞相互作用的实质性理解，但直接将这些相互作用与外部行为联系起来是该领域的一个持续挑战。“神经元的生物物理特性是众所周知的，”马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所(MPFI)研究小组组长Hyungbae Kwon博士说。“我们不清楚的是，这些联系和交流是如何触发我们的行为的。”

这是雄心勃勃的问题kwon和他的实验室是通过以全新的方式观察大脑来答案。在期刊发布的一项研究中自然生物技术2017年6月，权氏实验室的博士后研究员李东敏博士和Jung Ho Hyun博士描述了他们开发的一种识别和控制神经元的新工具。这项被称为钙和光诱导基因处理工具包(Cal-Light)的新技术，允许研究人员以从未见过的特异性观察和操纵潜在行为的神经活动，希望能让研究人员识别两者之间的因果关系神经元活动和行为。

到目前为止，想要实时观察神经元活动的研究人员经常使用一种叫做钙成像的技术。这项技术利用了活跃激活的神经元接收大量钙的事实。用荧光染料标记钙离子可以更容易地实时观察它们的活动，但这并不能将它们与特定的神经元种群联系起来。

建立在传统钙成像和最近的操纵神经元活动的致敏技术上，Cal-Light系统将荧光基因表达与活动和光线相连。如果他们被射击，那么神经元只会荧光，研究人员在他们身上闪耀着特殊的光线。如果研究人员关闭光线，则神经元将停止荧光，大大增加信噪比和时间特异性。一旦研究者鉴定了使用CAL光就在特定活动中涉及特定活动的细胞群，它们可以使用光源来操纵这些细胞。这允许他们以令人难以置信的精确方式对行为进行解剖，并且可能甚至可以帮助制定因果关系的证据。

为了证明Cal-Light技术是有效的，Kwon博士的团队首先在细胞培养中进行了测试，然后在小鼠模型体内进行了实验。在这个模型中，研究小组使用这项技术来识别、标记和操作运动皮层中的神经元群，当老鼠对刺激推动一个控制杆以获得奖励时，这些神经元就会被激发。一旦感兴趣的神经元被识别和标记，他的团队就给老鼠提供刺激，同时光遗传学抑制这组神经元。当细胞受到抑制时，小鼠就不再按下控制杆，这表明这些细胞的活性对于小鼠进行控制是必要的行为。

这项新发展的技术提供了前所未有的机会，标记神经元控制特定的行为并提供控制它们的方法。根据权博士的说法，“Cal-Light”技术提供了一个解剖复杂行为、感觉和认知背后的神经回路的机会，并介绍了一种在神经科学中处理复杂问题的新方法。”

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