試圖查明大腦組織塊中單個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)就像試圖在濃霧中計(jì)數(shù)頭燈一樣。洛克菲勒大學(xué)研究人員開發(fā)了一種新算法，使這種大腦活動(dòng)成為焦點(diǎn)。老鼠神經(jīng)元發(fā)出信號(hào)時(shí)閃爍的視頻使用新算法，科學(xué)家們可以觀察大量神經(jīng)組織內(nèi)單個(gè)神經(jīng)元發(fā)出的信號(hào)。

在6月26日《自然方法》中描述的研究中，由洛克菲勒大學(xué)的Alipasha Vaziri領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用了一種基于光學(xué)顯微鏡的技術(shù)，以空前的速度捕獲了老鼠大腦組織內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)。該算法使他們能夠在一次記錄中查明來自數(shù)百個(gè)單個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)。

“我們的目標(biāo)是通過監(jiān)視密集互連的三維神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)來更好地了解大腦功能，”神經(jīng)技術(shù)和生物物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Vaziri說。

為了這項(xiàng)研究，Vaziri和他的同事設(shè)計(jì)了動(dòng)物的神經(jīng)元發(fā)出熒光。信號(hào)越強(qiáng)，細(xì)胞發(fā)光越亮。為了捕獲這種活動(dòng)，他們使用了一種稱為光場(chǎng)顯微鏡的技術(shù)，其中一系列透鏡可從各種角度生成視圖。然后將這些圖像合并以創(chuàng)建三維渲染。

當(dāng)用于低頭觀察老鼠的大腦時(shí)，該方法面臨一個(gè)重大挑戰(zhàn)：要同時(shí)記錄所有神經(jīng)元的活動(dòng)，必須同時(shí)在相機(jī)上捕獲其圖像。但這很難區(qū)分所有細(xì)胞發(fā)出的信號(hào)，因?yàn)閬碜孕∈笊窠?jīng)元的光會(huì)從周圍的不透明組織反射回來。因此，在這種方法和其他類似方法的早期版本中，神經(jīng)元通常顯示為模糊不清的閃爍質(zhì)量，這對(duì)想要了解單個(gè)細(xì)胞的行為的科學(xué)家沒有太大幫助。

Vaziri和他的同事設(shè)計(jì)了一個(gè)解決此問題的方法：一種復(fù)雜的算法，可以同時(shí)捕獲單個(gè)神經(jīng)元的位置及其信號(hào)的時(shí)序。

以這種方式，Vaziri和他的同事在清醒的小鼠中追蹤了數(shù)百個(gè)活躍神經(jīng)元的精確坐標(biāo)，這些小鼠在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)可以選擇在定制的跑步機(jī)上行走。而且，他們能夠在包含多層神經(jīng)元的大腦三維區(qū)域內(nèi)捕獲信號(hào)。

通過大大減少生成此類圖像所需的時(shí)間和計(jì)算資源，該算法為更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)打開了大門。Vaziri說：“現(xiàn)在，根據(jù)我們?cè)趧?dòng)物大腦中看到的情況，現(xiàn)在可以實(shí)時(shí)更改刺激。”