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新的传感器提供了哺乳动物大脑中神经活动的第一个实时鸟瞰图

研究人员设计了一种方法来观察工作中神经元的细节。

每天每一秒钟,大脑中的1000亿个神经元能够发出高达一秒钟的动作电位的电脉冲。对于试图研究整个大脑中如此大量的活动如何转化为特定的思想和行为的神经科医生而言,这项任务可能……非常……不堪重负。

那是因为现有的监视神经元的技术太慢或范围太窄而无法生成整体视图。但是在一项新的研究中,斯坦福大学和杜克大学的研究人员揭示了一种以约0.2毫秒的时间分辨率观察运动中的大脑神经元的技术,该速度足以捕捉哺乳动物大脑中的动作电位。

杜克大学生物医学工程助理教授,论文的第一作者龚一洋说:“我们着手将一种可以快速感知神经电压电位的蛋白质与另一种可以放大其信号输出的蛋白质结合在一起。”“由此产生的传感器速度提高与读出活体动物大脑中的电尖峰所需的东西相匹配。”

后来,他在Mark Schnitzer的实验室担任博士后,斯坦福大学的生物科学与应用物理副教授以及Howard Hughes医学院的研究员,Gong和他的同事们寻求了一种足够快的电压传感器来跟上神经元的发展。经过几次试验后,该小组找到了一个在藻类中发现的人,并设计了一种既对电压活动敏感又对活动迅速做出反应的版本。

但是,它发出的光量不足以在实验中有用。它需要一个放大器。

为了应对这一工程挑战,Gong将新设计的电压传感器与当时可用的最亮的荧光蛋白融合在一起。他将两者连接得足够近,可以进行光学交互,而不会减慢系统速度。

“当我们设计的电压检测组件检测到电压电位时,它会吸收更多的光,”龚说。“并且通过吸收更多的明亮荧光蛋白的光,系统的整体荧光响应神经元的发射而变暗。”

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