近日來自哈佛大學和劍橋大學的研究人員開發(fā)了一項新技術，可使他們以單細胞分辨率檢測大群神經(jīng)細胞的活動。這項在斑馬魚中開發(fā)的技術為我們提供了一個簡單的模型揭示大腦區(qū)域是如何協(xié)同運作靈活控制行為的。相關論文發(fā)布在《自然》（Nature）雜志上。
我們的思想和行為是大群神經(jīng)細胞的產(chǎn)物，往往每次都有數(shù)百萬的神經(jīng)元在一起協(xié)同運作。在行為過程中以精細的分辨率測量這群細胞的大腦活動是一個極大的挑戰(zhàn)。當前，科學家們僅能夠測量運動大鼠個別大腦區(qū)域的活動，通常不超過幾百個神經(jīng)元。
 

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同時任職于哈佛大學和劍橋大學的博士后研究人員Misha Ahrens博士與同事們一起開發(fā)了一項新技術，可使神經(jīng)科學家們在透明斑馬魚的任何大腦區(qū)域同時對多達2000個神經(jīng)元展開研究。他們的這項研究工作獲得了Wellcome Trust基金和美國國立衛(wèi)生研究院的資金資助。
Ahrens博士和同事們?yōu)榘唏R魚構建了一個虛擬環(huán)境，這使得他們能夠檢測斑馬魚“移動”時的神經(jīng)元活動。在現(xiàn)實中，斑馬魚被麻痹從而使研究人員能夠?qū)λ拇竽X成像；斑馬魚通過激活它們的運動神經(jīng)元軸突（負責生成運動的細胞）來感知“移動”通過虛擬環(huán)境。
斑馬魚是一種常被用于研究人類保守的神經(jīng)系統(tǒng)遺傳學和特征的簡單生物體。它具有遺傳學可修飾性，因此Ahrens博士和同事們通過操縱斑馬魚的基因組成，構建出了一條特殊的斑馬魚。這條斑馬魚中所有的神經(jīng)元都包含一種特殊的蛋白質(zhì)，當細胞處于活躍狀態(tài)時蛋白熒光增強。由于斑馬魚是透明的，因此研究小組能夠利用一種激光掃描顯微鏡觀察斑馬魚大腦中所有神經(jīng)元的活動，同時可達到2000個神經(jīng)元細胞。

Ahrens博士解釋說：“我們的行為是由數(shù)千個，有可能是數(shù)百萬個神經(jīng)細胞協(xié)同運作所決定。這條斑馬魚借助大約10萬神經(jīng)元組成的大腦來完成復雜的行為，幾乎所有的神經(jīng)元都可以用光學記錄神經(jīng)活動。我們的新技術將幫助我們檢測大型網(wǎng)絡是如何調(diào)控行為的，同時告訴我們每個細胞都正在做什么。”
利用該技術，Ahrens博士和同事們探討了一個問題：斑馬魚是否會對環(huán)境變化做出應答改變它們的行為？為了達到這一目的，他們操控了虛擬環(huán)境以刺激斑馬魚突然間變得更“強壯”。從而提供了一個簡單的見解當大腦需要改變它驅(qū)動行為的方式時發(fā)生了什么，例如何時水溫會改變肌肉的效力，何時斑馬魚會受傷。

Ahrens博士補充說：“麻痹的斑馬魚通過調(diào)整大腦向肌肉發(fā)送的沖動數(shù)量，確實在虛擬世界中改變了它們的行為。它們還在一段時間內(nèi)‘記住’了這一改變。在這一行為過程中對大腦的所有區(qū)域進行成像，我們確定了參與其中的某些大腦區(qū)域，zui明顯的是小腦及相關結構。這一技術開啟了zui終可利用行為來了解人類運動控制和運動控制缺陷的可能性。”
“我們自身的運動控制就是通過與斑馬魚相似的方式不斷地進行重新調(diào)整，應對我們機體和環(huán)境不斷變化的情況，例如當我們的腿受傷，或是我們正行走在光滑的地面上，或是提著沉重的袋子時。斑馬魚的行為是一種非常簡化的版本，我們能夠由此獲得關于大腦結構如何驅(qū)動行為的一些認識。這有可能在某一天幫助我們了解到人類某個大腦區(qū)域受損影響大腦整合感覺信息調(diào)控機體運動的方式的機制。”

來源：生物通