研究人員設(shè)計(jì)了一種方法來(lái)觀察工作中神經(jīng)元的細(xì)節(jié)。

每天每一秒鐘，大腦中的1000億個(gè)神經(jīng)元能夠發(fā)出高達(dá)一秒鐘的動(dòng)作電位的電脈沖。對(duì)于試圖研究整個(gè)大腦中如此大量的活動(dòng)如何轉(zhuǎn)化為特定的思想和行為的神經(jīng)科醫(yī)生而言，這項(xiàng)任務(wù)可能……非常……不堪重負(fù)。

那是因?yàn)楝F(xiàn)有的監(jiān)視神經(jīng)元的技術(shù)太慢或范圍太窄而無(wú)法生成整體視圖。但是在一項(xiàng)新的研究中，斯坦福大學(xué)和杜克大學(xué)的研究人員揭示了一種以約0.2毫秒的時(shí)間分辨率觀察運(yùn)動(dòng)中的大腦神經(jīng)元的技術(shù)，該速度足以捕捉哺乳動(dòng)物大腦中的動(dòng)作電位。

杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授，論文的第一作者龔一洋說(shuō)：“我們著手將一種可以快速感知神經(jīng)電壓電位的蛋白質(zhì)與另一種可以放大其信號(hào)輸出的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。”“由此產(chǎn)生的傳感器速度提高與讀出活體動(dòng)物大腦中的電尖峰所需的東西相匹配。”

后來(lái)，他在Mark Schnitzer的實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任博士后，斯坦福大學(xué)的生物科學(xué)與應(yīng)用物理副教授以及Howard Hughes醫(yī)學(xué)院的研究員，Gong和他的同事們尋求了一種足夠快的電壓傳感器來(lái)跟上神經(jīng)元的發(fā)展。經(jīng)過(guò)幾次試驗(yàn)后，該小組找到了一個(gè)在藻類中發(fā)現(xiàn)的人，并設(shè)計(jì)了一種既對(duì)電壓活動(dòng)敏感又對(duì)活動(dòng)迅速做出反應(yīng)的版本。

但是，它發(fā)出的光量不足以在實(shí)驗(yàn)中有用。它需要一個(gè)放大器。

為了應(yīng)對(duì)這一工程挑戰(zhàn)，Gong將新設(shè)計(jì)的電壓傳感器與當(dāng)時(shí)可用的最亮的熒光蛋白融合在一起。他將兩者連接得足夠近，可以進(jìn)行光學(xué)交互，而不會(huì)減慢系統(tǒng)速度。

“當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)的電壓檢測(cè)組件檢測(cè)到電壓電位時(shí)，它會(huì)吸收更多的光，”龔說(shuō)。“并且通過(guò)吸收更多的明亮熒光蛋白的光，系統(tǒng)的整體熒光響應(yīng)神經(jīng)元的發(fā)射而變暗。”