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研究人员首次在单细胞水平下，完成了对脊椎动物整个大脑的成像记录，揭示了幼年斑马鱼大脑中不同神经元的活动情况。文章发表在三月十八日的Nature Methods杂志上。
Howard Hughes医学研究所的Phillipp Keller和Misha Ahrens共同开发了这一成像系统，并用它记录了整个斑马鱼大脑每秒钟的活动情况。斑马鱼拥有100,000个神经元，而这项研究监测了其中80%的神经元。由于其他神经元位于难以触及的区域（如双眼之间），因此研究人员只能观察到其中的神经活动，但无法精确到单个细胞。 “这说明给动物大脑中的每个神经元作图是可行的，”哥伦比亚大学的神经学家Rafael Yuste说。他正在大力提倡进行一项大型生物学项目，希望能够实现对人类大脑中的所有神经元成像。
这项斑马鱼研究的成像分辨率，足以让研究者们理解大脑不同区域是怎样协同工作的，Ahrens说。传统技术甚至难以对两千个神经元进行一次性成像，因此人们通常得选择所要观察的目标，然后进行类推。但现在，他说，“我们没有必要再进行推测，可以直接观察到大脑中发生的事件。”生物通 www.ebiotrade.com
这一技术的超强成像能力，能够帮助人们揭示大脑对运动的协调，对学习过程的整合，以及大脑处理视觉和嗅觉的机制。“在该技术的帮助下，我们可以在不同的行为和学习过程中，更好的观察大脑神经元的动态，”康乃尔大学的神经学家Joseph Fetcho评论说。
基因工程改造的斑马鱼（Danio rerio）是这一成像系统的基础。研究人员使斑马鱼的神经元合成了一种特殊的蛋白质，当神经细胞放电时会发生钙离子浓度的波动，此时这种蛋白就会发荧光。与传统光束不同，这项研究中的显微镜发出一层光来检测斑马鱼的大脑，然后通过检测器来捕捉荧光信号。整个显微系统每1.3秒对斑马鱼的大脑活动进行一次记录。
Ahrens和Keller等人此前曾使用单层光显微镜技术（light sheet microscopy）对发育中的胚胎进行成像记录。他们在这项研究中改进了光检测器和系统的其它方面，使成像率增加了十倍。研究人员进行了一系列实验，每个长约一小时的实验生成了1 terabyte的数据。在此基础上，他们观察了不同区域神经元的协调活动。
不过这一技术最适用的还是透明的斑马鱼系统，虽然研究人员认为，该技术也可以在完整的哺乳动物大脑中起作用，不过在这种情况下读取成像结果需要进行手术，而且只能覆盖部分大脑区域。此外，在蛋白感应器和成像系统的速度限制下，该技术还不足以分辨单个神经元的放电次数，例如是一次性放电还是连续多次放电。
参考文献：
1.Ahrens, M. B. & Keller, P. J. Nature Meth. http://dx.doi.org/10.1038/NMETH.2434 (2013).
2.Alivasatos, A. P. et al. Science 339, 1284–1285 (2013).生物通 www.ebiotrade.com
3.Tomer, R., Khairy, K., Amat, F. & Keller, P. J. Nature Meth. 9, 755–763 (2012).