耀斑技术提供神经元活动的快照

来自麻省理工学院和斯坦福的研究人员已经开发了一种态度来标记神经元，当它们变得活跃时，基本上在暂时提供了他们的活动的快照。这种方法可以通过提供比当前的细胞标记技术更大的时间精度来提供对神经元功能的显着新的见解，这些技术在时间窗口跨越小时或天的时间捕获活动。

许多认知过程，例如决策，在几秒钟或几分钟内发生。神经科学家渴望在这些任务中捕捉神经元活动，但梦想仍然难以捉摸 - 直到现在。

“思想或认知功能通常持续30秒或一分钟。这是我们希望能够捕捉的范围，“麻省理工学院大脑和认知科学系助理教授凯泽Tye说，学习记忆研究所和一名高级教授研究的作者，6月26日出现在自然生物技术中。

TYE设想该工具可用于帮助破译参与学习和记忆中的神经电路，其中许多其他可能性。

她开发了与前麻省理工学院教授Alice Ting的技术，他现在是斯坦福国的遗传和生物学教授，也是本文的高级作者。本文的潜在作者是斯坦福邮政编划的文晶王。

梦想工具

虽然Ting在麻省理工学院，但她和Tye经常沿着查尔斯河跑在一起。一天大约五年前，他们正在讨论他们的梦想项目。“爱丽丝说，'如果你能拥有目前没有存在的任何工具，你会有什么？我说我希望能够在功能上定义神经元的种群，然后研究它们，“Tye回忆起来。

现有工具允许研究人员对工程师细胞，使得当神经元转动称为CFO的基因，这有助于细胞对新信息进行响应时，它们也打开人工引入的荧光蛋白或另一种标记分子的基因。该系统被设计成使得该标签仅在动物暴露于激活系统的药物时发生，这位科学家控制超时 - 但不是非常精确的控制。

“那些活动依赖的工具一直受到影响，但这些工具真的只在几天的时间内工作，”Tye说。“如果您考虑神经密码的速度，则它在毫秒的速度下运行。我想要的是一个我们可以用来在特定时刻拍摄活动的工具。“

研究人员设计了他们的工具来响应钙，因为每次都在射击电气冲动时都会经历钙离子的助焊剂。然而，如果发生这种钙通量，则仅标记神经元，而在电池也暴露于研究人员提供的蓝光束中。

光曝光和钙活性的这种组合触发了转录因子的激活，该转录因子转变研究人员设计成细胞基因组的靶基因。该基因可以编码荧光蛋白或其他可用于标记或操纵神经元的任何其他方法。

在这项研究中，研究人员证明了他们通过在小鼠的马达皮质神经元中的红色荧光蛋白越来越多的红荧光蛋白来呼叫闪光的技术。

这种方法也可以用于标记具有光敏蛋白质的细胞，其允许靶心神经元由光学仪控制，或者新的蛋白质称为Dreadds，其允许使用小分子药物来控制神经元。重要的是，因为可以使用病毒载体递送所有工具组分，所以该工具可用于任何模型生物体。

快速标记

Tye说，能够标记在特定任务期间活跃的神经元的神经元套装开辟了广泛的研究，这是一个以前不可能的研究。例如，研究人员可以调查当大脑产生快速决策时会发生什么，响应与强烈情绪相关的刺激，或者确定哪些行为适合当前情况。

对于这种研究，拥有一种迅速工作的工具尤为重要，因为相同的神经元可能涉及不同时间的不同任务。该技术的当前版本可以在几分钟内标记神经元。

“这只是一代工具，但我们已经能够获得非常紧张的标签，”Tye说。“现在我们有一些我们可以使用的东西。我们在神经活动的时间精度范围内。“

“在特定思想或行为期间可靠且精确地标签和控制神经元的技术对系统和电路神经科学产生令人难以置信的影响。本文是朝向这种梦想技术的重要一步，“南加州大学生物科学助理教授安德鲁·聘请，南加州大学没有参与研究。“耀斑纸上的体外数据的特异性显着清洁，表明偏离目标效果会很少。”

Tye说，这种工具也可用于学习和治疗疾病。例如，科学家可以使用它来鉴定导致阿尔茨海默病的患病神经元，潜在地允许它们针对仅在留下附近的健康神经元时需要治疗的神经元。

“我真正兴奋的事情是我们现在所能的可能性，”Tye说。“它正在开放整个领域，让人们能够探索。”

该研究部分由JPB基金会，国家精神卫生研究院以及国家卫生总监新型创新者奖的国家研究院资助。

出版物：Wenjing Wang等人，“用于成像和操纵活性神经元的光和钙钙和钙门转录因子，”自然生物技术（2017）DOI：10.1038 / NBT.3909