當我們穿越世界時，電信號和化學(xué)信號不斷在我們的大腦中閃爍，但這需要一臺高速攝像頭和一個進入大腦的窗口來捕捉其短暫的路徑。

加州大學(xué)伯克利分校的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)制造出了這樣一種照相機：一種顯微鏡，它可以每秒將警報鼠標的大腦成像1000次，第一次記錄毫秒電脈沖通過神經(jīng)元的時間。

這真的很令人興奮，因為我們現(xiàn)在能夠做一些人們以前實際上做不到的事情。”

納吉，加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)和分子與細胞生物學(xué)副教授

這項新的成像技術(shù)將兩光子熒光顯微鏡和全光學(xué)激光掃描技術(shù)結(jié)合在一起，可以通過鼠標大腦新皮層以每秒3,000次的速度對二維切片進行成像。這樣的速度足以追蹤流經(jīng)大腦電路的電信號。

通過這種技術(shù)，像Ji這樣的神經(jīng)科學(xué)家現(xiàn)在可以在通過大腦傳播時記錄電信號，并最終尋找與疾病相關(guān)的傳播問題。

該技術(shù)的一個主要優(yōu)點是，它將使神經(jīng)科學(xué)家能夠追蹤任何給定的腦細胞從其他腦細胞(包括那些不會觸發(fā)該細胞觸發(fā)的腦細胞)接收到的數(shù)百至數(shù)萬種輸入。這些低于閾值的輸入-刺激或抑制神經(jīng)元-逐漸加起來，從而觸發(fā)細胞激發(fā)動作電位，將信息傳遞給其他神經(jīng)元。

從電極到熒光成像

當毫秒電壓變化通過時，通過嵌入組織中的電極來記錄大腦中電擊發(fā)的典型方法只能檢測到來自少數(shù)神經(jīng)元的斑點。新技術(shù)可以精確定位實際的觸發(fā)神經(jīng)元，并按照信號路徑逐毫秒移動。

加州大學(xué)伯克利分校海倫·威爾斯神經(jīng)科學(xué)研究所成員吉說：“在疾病中，甚至在您還沒有看到神經(jīng)元激發(fā)之前，就已經(jīng)發(fā)生了許多事情。”“我們從未研究過亞閾值輸入將如何改變疾病?，F(xiàn)在，我們有能力解決這一問題。”

Ji和她的同事在3月號的“自然方法”雜志上報道了這種新的成像技術(shù)。在同一期雜志中，她和其他同事還發(fā)表了一篇論文，展示了一種不同的技術(shù)，可同時對整個小鼠大腦半球的鈣信號進行成像，其中一項使用了寬視野的“顯微鏡”，而后者使用了兩種光子成像和貝塞爾聚焦掃描。當信號通過大腦傳輸時，鈣濃度與電壓變化有關(guān)。

Ji說：“這是任何人第一次在三個維度上一次顯示出如此大的大腦的神經(jīng)活動，這遠遠超出了電極所能做的。”“此外，我們的成像方法使我們能夠解析每個神經(jīng)元的突觸。”

突觸是一個神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)以激發(fā)或抑制另一個神經(jīng)元的部位。

Ji的目標之一是了解神經(jīng)元如何在大腦大面積區(qū)域相互作用，并最終找到與腦部疾病相關(guān)的患病電路。

吉說：“在包括神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的腦部疾病中，患病的不僅僅是一個神經(jīng)元或幾個神經(jīng)元。”“因此，如果您真的想了解這些疾病，則希望能夠在不同的大腦區(qū)域看到盡可能多的神經(jīng)元。通過這種方法，我們可以更全面地了解大腦中正在發(fā)生的事情。 ”