研究人员可视化神经元活动

一种新型分子电压传感器使观察神经细胞工作成为可能。这种方法的原理早已为人所知。然而，波恩大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员现在已经成功地显著改善了这种情况。它允许电信号在活神经细胞中的传播，以高时间和空间分辨率进行观察。这使得人们能够对以前无法研究的全新问题进行调查。这项研究现已发表在该杂志上PNAS．

当我们闻到一瓶防晒霜的味道时，感官就会产生电脉冲细胞鼻子。通过嗅球在大脑中，它们进入初级嗅觉皮层，然后将它们分配到不同的大脑中心。然后，海马体和其他区域就会浮现出很久以前在海边度过的暑假之类的记忆。

近几十年来，大脑研究人员对刺激在大脑中是如何处理的以及在这一过程中电刺激的路径有了越来越精确的认识。然而，在许多方面，这些见解仍然很粗略。波恩大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员现在提出的方法可能有助于解决这个问题。

神经细胞传递电信号通过被称为轴突的生物“电缆”连接到其他神经细胞。每个神经细胞都包裹在一层薄薄的膜这就把它和环境分开了。在静息状态下，膜外有许多带正电的离子，明显多于膜内。因此，在内部和外部之间有一个电压。神经科学家也提到了膜电位。

神经细胞的轻链

当信号经过轴突上的某一点时，这种电位会在短时间内发生变化。波恩大学医学中心实验癫痫学和认知研究所(IEECR)的Istvan Mody教授解释说:“我们可以让这种变化变得可见。”为了做到这一点，研究人员在实验对象周围悬挂了一串灯神经可以说是细胞。它的特别之处在于:这条链条上的每个灯都带有一个电压依赖的调光器。这意味着当灯所在位置的膜电位发生变化时，灯就会变暗。

这使得激发传播可见为一种“暗滴”沿轴突运行。研究人员使用荧光蛋白作为轻链。“我们将这种基因引入细胞，”莫迪解释道。研究人员还用一种运输标签标记了基因组成。“这个标签确保荧光染料在生产后立即被运输到膜的外面。然后，一种锚可以确保它们保持不变。”

调光器不是纳米灯的一部分，而是另一种分子:所谓的“暗淬剂”。它通常位于膜的内部。但是，由于信号转发过程中电压的变化，它向外变化。在那里它与荧光蛋白相遇并保护它们。因此，纳米灯的颜色会变暗。一旦电位归一化，暗灭剂就移回内部，亮度再次增加。

“这种方法并不是什么新鲜事，”莫迪说。“然而，我们在两个方面从根本上改善了它。”到目前为止，荧光蛋白是直接整合到膜上的，这严重破坏了神经元的功能。相比之下，新型纳米灯位于膜外。它们也不会很快褪色，但能保持40分钟的亮度，是传统荧光染料的四倍。

高爆调光器

第二个变化涉及暗灭剂:通常用于此目的的化合物是有毒的，也是高度可燃的。在第二次世界大战期间，它甚至被用作炸药。“另一方面，我们的淬火器是完全无害的，”莫迪强调说。“它对潜在的最小变化反应更快、更敏感。这使得我们的方法每秒可以可视化多达100个电脉冲。”

该方法允许的功能神经细胞在不打扰他们的情况下被观察。例如，这使得更精确地了解某些神经元疾病的相关故障成为可能。它最终是一个有前途的新工具，可以更好地理解大脑的运作。

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