當(dāng)您閱讀這些文字時(shí)，您大腦的某些區(qū)域會(huì)顯示出一連串毫秒級(jí)的電活動(dòng)?？梢暬蜏y(cè)量這種電活動(dòng)對(duì)于理解大腦如何使我們能夠看到、移動(dòng)、表現(xiàn)或閱讀這些詞至關(guān)重要。然而，技術(shù)限制正在延遲神經(jīng)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)他們提高對(duì)大腦如何工作的理解的目標(biāo)。
貝勒醫(yī)學(xué)院和合作機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們?cè)凇都?xì)胞》雜志上報(bào)告了一種新的傳感器，它可以讓神經(jīng)科學(xué)家在不丟失信號(hào)的情況下對(duì)大腦活動(dòng)進(jìn)行成像，并且比以前更長(zhǎng)時(shí)間和更深入地進(jìn)入大腦。這項(xiàng)工作為新發(fā)現(xiàn)大腦如何在清醒、活躍的動(dòng)物中發(fā)揮作用鋪平了道路，無(wú)論是健康的動(dòng)物還是患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動(dòng)物。
神經(jīng)科學(xué)的圣杯
“不僅大腦的電活動(dòng)非?？?，它還涉及在大腦計(jì)算中具有不同作用的多種細(xì)胞類(lèi)型，”通訊作者、貝勒大學(xué)神經(jīng)科學(xué)助理教授和麥克奈爾學(xué)者弗朗索瓦·圣皮埃爾博士說(shuō)。他還是萊斯大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)科學(xué)的兼職助理教授。“弄清楚如何無(wú)創(chuàng)地觀察進(jìn)行活動(dòng)的動(dòng)物中特定細(xì)胞類(lèi)型的單個(gè)神經(jīng)元的毫秒級(jí)電活動(dòng)一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。能夠做到這一點(diǎn)一直是神經(jīng)影像學(xué)的圣杯。”
現(xiàn)有技術(shù)可以測(cè)量大腦中的電活動(dòng)。“例如，電極可以記錄非常快的活動(dòng)，但它們無(wú)法分辨出它們?cè)诼?tīng)什么類(lèi)型的細(xì)胞，”St-Pierre 說(shuō)。
研究人員還使用熒光蛋白來(lái)響應(yīng)與電活動(dòng)相關(guān)的鈣變化?？梢允褂?2 光子顯微鏡跟蹤熒光的這些變化。“這種傳感器非常適合確定哪些神經(jīng)元處于活動(dòng)狀態(tài)，哪些沒(méi)有。但是，它們非常慢。它們間接測(cè)量電壓變化，從而丟失了很多關(guān)鍵信號(hào)。”
St-Pierre 和他的同事的目標(biāo)是結(jié)合這些方法中的精華——開(kāi)發(fā)一種傳感器，該傳感器可以監(jiān)測(cè)特定細(xì)胞類(lèi)型的活動(dòng)，同時(shí)捕捉快速的大腦信號(hào)。“我們通過(guò)稱(chēng)為基因編碼電壓指示器或 GEVI的新一代工程熒光蛋白實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，”St-Pierre 說(shuō)。
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