高速显微镜记录毫秒电脉冲通过神经元的过程

当我们穿越世界时,电信号和化学信号不断在我们的大脑中闪烁,但这需要一台高速摄像头和一个进入大脑的窗口来捕捉其短暂的路径。加州大学伯…

当我们穿越世界时,电信号和化学信号不断在我们的大脑中闪烁,但这需要一台高速摄像头和一个进入大脑的窗口来捕捉其短暂的路径。

高速显微镜记录毫秒电脉冲通过神经元的过程

加州大学伯克利分校的研究人员现在已经制造出了这样一种照相机:一种显微镜,它可以每秒将警报鼠标的大脑成像1000次,第一次记录毫秒电脉冲通过神经元的时间。

这真的很令人兴奋,因为我们现在能够做一些人们以前实际上做不到的事情。”

纳吉,加州大学伯克利分校物理学和分子与细胞生物学副教授

这项新的成像技术将两光子荧光显微镜和全光学激光扫描技术结合在一起,可以通过鼠标大脑新皮层以每秒3,000次的速度对二维切片进行成像。这样的速度足以追踪流经大脑电路的电信号。

通过这种技术,像Ji这样的神经科学家现在可以在通过大脑传播时记录电信号,并最终寻找与疾病相关的传播问题。

该技术的一个主要优点是,它将使神经科学家能够追踪任何给定的脑细胞从其他脑细胞(包括那些不会触发该细胞触发的脑细胞)接收到的数百至数万种输入。这些低于阈值的输入-刺激或抑制神经元-逐渐加起来,从而触发细胞激发动作电位,将信息传递给其他神经元。

从电极到荧光成像

当毫秒电压变化通过时,通过嵌入组织中的电极来记录大脑中电击发的典型方法只能检测到来自少数神经元的斑点。新技术可以精确定位实际的触发神经元,并按照信号路径逐毫秒移动。

加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所成员吉说:“在疾病中,甚至在您还没有看到神经元激发之前,就已经发生了许多事情。”“我们从未研究过亚阈值输入将如何改变疾病。现在,我们有能力解决这一问题。”

Ji和她的同事在3月号的“自然方法”杂志上报道了这种新的成像技术。在同一期杂志中,她和其他同事还发表了一篇论文,展示了一种不同的技术,可同时对整个小鼠大脑半球的钙信号进行成像,其中一项使用了宽视野的“显微镜”,而后者使用了两种光子成像和贝塞尔聚焦扫描。当信号通过大脑传输时,钙浓度与电压变化有关。

Ji说:“这是任何人第一次在三个维度上一次显示出如此大的大脑的神经活动,这远远超出了电极所能做的。”“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激发或抑制另一个神经元的部位。

Ji的目标之一是了解神经元如何在大脑大面积区域相互作用,并最终找到与脑部疾病相关的患病电路。

吉说:“在包括神经退行性疾病在内的脑部疾病中,患病的不仅仅是一个神经元或几个神经元。”“因此,如果您真的想了解这些疾病,则希望能够在不同的大脑区域看到尽可能多的神经元。通过这种方法,我们可以更全面地了解大脑中正在发生的事情。 ”

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