这是现代神经科学的一个大问题:大脑的结构和活动是如何与功能相关的?神经科学家研究这些动态关系的主要方法之一是通过荧光成像测量小鼠大脑中的神经活动，这一过程由于脑组织的密度及其相互交织和重叠的神经纤维而变得困难。巴克研究所的研究人员与加州大学旧金山分校的合作者们合作开发了一种工具，杏耀代理通过使神经回路成像更容易更精确，从而使提出这个大问题变得更容易。研究结果发表在《神经元》杂志上。

 

在巴克助理教授詹妮弗·加里森博士的带领下，研究人员利用核糖体(细胞内制造蛋白质的大型“机器”)来固定细胞体(或称“体细胞”)中的传感器。神经元有一种独特的结构， 杏耀 ，由称为轴突和树突的纤维从躯体上分支出来。这些纤维通常占细胞体积的90%以上。当荧光蛋白扩散到一个神经元的所有部分，并且该神经元嵌入到密集地挤满其他神经元及其分支的脑组织中时，从单个细胞中分离信号可能会很棘手。

 

在这项研究中，研究人员表明，与核糖体亚基相连的纳米体可用于捕获体细胞中的绿色荧光蛋白(GFP)，并将其从轴突和树突中排除，从而使之前无法检测到的低荧光水平得以直接显现。他们还将基因编码的钙传感器(gcamp)拴在核糖体上，将其困在细胞体中。当神经元被激活时，钙通道就会打开，使钙水平的变化成为神经元活动的代理。新的riboGCaMP工具可以追踪混杂神经元的躯体内的钙动力学，同时消除组织内神经纤维网络的干扰。

 

加里森说:“这给神经科学家使用的现有分子成像工具箱增加了功能。”他补充说，目前的成像技术通常需要使用许多分析工具来清理收集到的成像数据。“在老鼠身上，它解决了去除来自周围轴突和树突的背景荧光和虚假活动的问题。我们认为这将在社区中广泛使用，这是令人兴奋的。”

 

加里森说，鉴于核糖体在细胞体中随时间的推移而可靠表达，ribo-GCaMP可以用于小鼠大脑的长期成像实验。“在长达6个月的时间里，你可以回过头来给同样的神经元成像，这在你给活生生的动物成像时真的很有帮助——它允许我们纵向监测同一只动物的神经元活动，而不是随着时间的推移观察不同的组群。”

 

该工具也适用于线虫线虫，使全脑成像具有更快的动力学和更亮的荧光。目前，杏耀注册大多数蛔虫大脑的成像使用的是位于核中的gcamp，而核距离神经元传输发生的突触更远。“在蠕虫和老鼠的大脑中，你可以在群体水平上测量神经元活动。在蠕虫中，你可以在整个大脑的水平上观察所有的神经动力学，这是理解神经回路如何工作的关键。”