新型成像技术记录清醒小鼠神经元的电活动

　　

冲绳科学技术大学院大学（OIST）的研究人员近日在《Nature Communications》上报道称，他们开发出一种成像技术，能够在动物完全清醒的情况下测定单个神经元的电活动。

在探索神经元如何通讯的大多数研究中，科学家都是记录培养皿中的一小片脑组织内的神经元的电信号。在这样的实验中，神经元是孤立的观察对象，几乎没有来自其他神经元的任何输入。

这项研究的负责人Bernd Kuhn教授表示：“我们从大脑切片技术中了解到神经元如何工作，但它无法让我们全面了解神经元在活体动物中的运作方式，其中每个神经元与数千个其他神经元相连。”

Kuhn教授联合博士后研究员Christopher Roome，利用新技术来记录Purkinje神经元的活动。在小鼠中，每个Purkinje神经元接收20,000个其他神经元的信号，而人类中大约是200,000个。研究人员称，他们成功的秘诀是一种称为ANNINE的橙色染料。 这种染料以及成像技术让他们能够检测到神经元内部电压的微小变化。

研究人员首先在头骨上开一个很小的口，以接触小鼠大脑中的Purkinje神经元，然后对其进行遗传修饰，产生一种名为GcaMP的蛋白质。这种绿色染料可追踪神经元内的钙离子浓度。

Roome博士开发了一种特殊技术来闭合先前的切口，同时提供观察神经元活动的窗口，并且仍然可通过一个端口接触到神经元。这个端口让他们可注射ANNINE染料，每次注射一个细胞。之后，他们利用双光子显微镜观察神经元。

这种ANNINE和GcaMP的双重标记可通过同时对电压和钙浓度进行成像来绘制神经元的活性。当神经元被激活时，其内部的电压在千分之一秒内发生变化。它还会导致细胞内的钙水平出现波动，但变化速度要慢10到100倍。基于这种电压测定技术，Kuhn教授和Roome博士估计每个Purkinje神经元每秒大约从其他神经元处接收10,000个信号。

原文检索

Simultaneous dendritic voltage and calcium imaging and somatic recording from Purkinje neurons in awake mice

Nature Communications volume 9, Article number: 3388 (2018)