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高速显微镜捕捉到了短暂的脑信号
mints 编译
千赫兹的双光子荧光显微镜成像技术追踪到了清醒小鼠的毫秒级的电压变化和钙信号
当我们在这个世界上移动时,电子和化学信号不断地在我们的大脑中闪现,但要捕捉到它们飞逝的路径,需要一台高速摄像机和一扇进入大脑的窗户。
神经元的过程。
加州大学伯克利分校的研究人员现在已经制造出这样一种照相机:一种,可以每秒成像1000次的显微镜,这个显微镜可以记录处于警戒状态的老鼠大脑毫秒级的电脉冲通过加州大学伯克利分校物理学、分子生物学和细胞生物学副教授纳吉(Na Ji)说:“这真的很令人兴奋,因为我们现在能够做一些人们以前真的做不到的事情。”。
新的成像技术将双光子荧光显微镜和全光激光扫描技术结合在一个最先进的显微镜中,这种显微镜能够以每秒3000次的速度穿过小鼠大脑皮层进行二维切片成像。它的速度足以追踪流经大脑回路的电信号。
有了这项技术,像Ji这样的神经科学家现在可以在电信号通过大脑传播时对其进行计时,并最终寻找与疾病相关的传播问题。
这项技术的一个关键优势是,它能够让神经科学家能够追踪任何特定脑细胞从其他脑细胞(包括那些不会触发细胞放电的细胞)接收到的数百到数万个输入。这些亚阈值的输入——刺激或抑制神经元——逐渐累积到一个高位峰值后,便触发细胞释放一个动作电位,将信息传递给其他神经元。
From electrodes to fluorescence imaging
从电极到荧光成像
记录大脑电活动的典型方法是将电极植入组织之中,不过,当发生毫秒级的电压过电时,电极技术只能检测到少数神经元的电脉冲。这项荧光成像的新技术可以精确定位实际的放电神经元,并一毫秒一毫秒地跟踪信号的路径。
加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所( Helen Wills Neuroscience Institute.)的一名成员Ji说:“在疾病过程中,发生着很多的事情,甚至包括神经元所有阈下的放电事件。”我们从未研究过一种疾病在阈下输入时会发生怎样的变化。现在,我们有一个处理这个问题的工具。”
Ji和她的同事在3月份的《自然·方法》杂志上报道了这种新的成像技术。在同一期Nature中,她和其他同事还发表了另一篇论文,该论文展示了一种不同的技术,可以同时对小鼠半个大脑的大部分区域进行钙信号成像,这种技术使用了具有双光子成像和贝塞尔聚焦扫描(Bessel focus scanning)的宽视野“中视镜(mesoscope)”。钙浓度与信号通过大脑传输时电压变化有关。
“这是第一次有人在三维空间同时显示出大脑体积如此之大的神经活动,这远远超出了电极所能做的,”Ji说。“此外,我们的成像方法使我们能够解析每个神经元的突触。”
突触是一个神经元释放神经递质以刺激或抑制另一个神经元的地方。