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来自麻省理工学院和斯坦福大学的研究人员已经开发出一种方法,可以在神经元变得活跃时对其进行标记,从根本上提供他们在某个时刻的活动快照

这种方法通过提供比当前细胞标记技术更高的时间精度,可以为神经元功能提供重要的新见解

在几小时或几天的时间窗口捕获活动许多认知过程,如决策,在几秒或几分钟内发生神经科学家一直渴望在这些任务中捕获神经元活动,但这个梦想仍然是难以捉摸的 - 直到现在“一个想法或认知功能通常持续30秒或一分钟这是我们希望能够捕获的范围,“麻省理工学院脑与认知科学系助理教授Kay Tye表示,他是Picower的成员学习与记忆研究所,该研究的高级作者之一,于6月26日出现在Nature Biotechnology上,Tye设想她可以利用工具帮助破译学习和记忆中涉及的神经回路,以及许多其他可能性她与前麻省理工学院教授Alice Ting一起开发了这项技术,他现在是斯坦福大学的遗传学和生物学教授,同时也是斯坦福大学的高级作者

论文该论文的主要作者是王文京,一位斯坦福大学的博士后梦工具

当Ting在麻省理工学院时,她和Tye经常一起跑到查尔斯河一起大约五年前,他们正在讨论他们的梦想项目“爱丽丝说,'如果你可能有任何目前不存在的工具,你会有什么

“我说我希望能够在功能上定义神经元群体,然后研究它们,”Tye回忆说现有的工具允许研究人员设计细胞如此当神经元打开一个名为cfos的基因时,它可以帮助细胞对新信息做出反应,它们也可以打开人工引入的荧光蛋白基因或其他标记分子

该系统是只有当动物接触到激活系统的药物时才能进行这种标记,让科学家能够控制时间 - 但不是非常精确的控制“那些依赖于活动的工具已经产生了巨大的影响,但这些工具确实只能起作用在几天的时间尺度上,“Tye说”如果你考虑神经代码的速度,它的运行速度会超过几毫秒我想要的是一个工具,我们可以用它来拍摄活动的快照

给定的时刻“研究人员设计了他们的工具来响应钙,因为每当他们发射电脉冲时,神经元就会经历钙离子通量

但是,如果这种钙通量发生同时细胞也暴露在一束光中,神经元就会被标记出来

研究人员发出的蓝光这种光照和钙活性的结合触发了转录因子的激活,转录因子打开了研究人员所研究的靶基因进入细胞的基因组这个基因可以编码荧光蛋白或任何其他可以用来标记或操纵神经元的东西在这项研究中,研究人员通过打开一种名为mCherry的红色荧光蛋白,证明了他们称之为FLARE的技术

小鼠在跑步机上运行时的运动皮质神经元这种方法也可用于标记细胞的光敏蛋白质,这些蛋白质可以通过光遗传学控制目标神经元,或称为DREADDS的新蛋白质,可以使用小分子药物重要的是,因为所有的工具组件都可以使用病毒载体进行传递,所以这个工具可以用于任何模型生物体快速标记能够标记然后操纵在特定任务期间活动的神经元集合开辟了广泛的范围以前不可能进行的一系列研究,Tye说,例如,研究人员可以调查大脑做出快速决策时会发生什么,响应与强烈情绪相关的刺激,或确定哪种行为适合当前情况对于这种研究,使用快速工作的工具尤为重要,因为同一神经元可能在不同时间参与不同的任务当前版本该技术可以在几分钟内标记神经元“这只是第一代工具,但我们已经能够获得非常严格的标签,”Tye说“现在我们有一些我们可以使用的东西 我们处于神经活动时间精确度的惊人范围内“”在特定思想或行为中可靠且精确地标记和控制神经元集合的技术将对系统和电路神经科学产生令人难以置信的影响

本文向迈出了重要一步这项梦想技术,“南加州大学生物科学和神经生物学助理教授安德鲁·希尔斯说,他没有参与这项研究”FLARE论文中体外数据的特殊性非常清晰,这表明Tye说,这种工具对于研究和治疗疾病也很有用

例如,科学家可以利用它来识别导致阿尔茨海默病的病变神经元,可能让他们找到需要的神经元在离开附近的健康神经元时要接受治疗,她说:“我真正兴奋的是可能性我们现在可以做的事情,“Tye说”它开放了整个区域,让人们能够探索“这项研究部分由JPB基金会,国立精神卫生研究所和国家研究所资助健康总监的新创新奖出版物:Wenjing Wang等,“用于成像和操纵活化神经元的光和钙门控转录因子”,Nature Biotechnology(2017)doi:101038 / nbt3909来源:Anne Trafton,麻省理工学院新闻

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