为了认识大脑，科学家们必需可以逐细胞逐刻地视察脑细胞。然而，因为大脑由数十亿个微小的活动部件构成，忠厚地记录它们的运动带来了很多挑战。例如，在密集的哺乳动物大脑中，很难追踪多个大脑构造中细胞的快速转变——尤其是当这些构造位于大脑深处时。洛克菲勒大学科学家们斥地了一种新的显微镜手艺，将新的和现有的方式连系起来，匡助竖立一个更有凝聚力的大脑图像。揭橥在在《细胞》中，该手艺以令人印象深刻的速度和新的深度捕获了大量神经组织的细胞运动。
激光聚焦
博科园：几十年来，大脑成像一向被衡量所困扰。有些手艺能够生成时兴的图像，但无法实时记录神经运动。其他能够跟上大脑的速度，但空间差别率很差。尽管有一些策略能够成功地将速度和图像质量连系起来，但它们平日只能捕捉少量的细胞。神经手艺和生物物理学实验室的负责人Alipasha Vaziri说：部门原因是掌握这些衡量的限制还没有被系统和综合地索求和推进。瓦兹里进展竣事衡量利弊的时代，他起劲改善一种被称为双光子显微镜的手艺。它涉及到激光的应用，激光能使脑组织发出荧光或发光；对于很多研究人员来说，2p一向是探测大脑细胞运动的黄金尺度。
使用一种新的显微镜手艺，研究人员同时从小鼠大脑皮层(绿色)和海马(蓝色)记录下来，通亮的区域与细胞运动有关。（可视化动图如下图）图片：Rockefeller University
然而，这种手艺也有局限性。尺度2p显微镜需要对给定区域逐点扫描，这导致成像速度较慢。为认识决这个问题，Vaziri和同事实施了一种新的策略，许可从多个大脑区域并行记录，同时细心掌握每个记录点的巨细和外形。传统2p的另一个弱点是，它只测量大脑的外观或皮层，忽略了深埋在器官内部的构造，如海马状突起，海马状突起与存储记忆有关。神经科学面临的最大挑战之一是斥地成像手艺，在连结高差别率的同时测量大脑深部区域的运动。为了迎接这个挑战，决意使用一种新的手艺：三光子显微镜。
固然2P不克超出老鼠大脑的外观或皮层，但3p能够穿透更深的区域。Vaziri最新发现被称为夹杂多路复用镌刻光学显微镜(HyMS)，它同时应用了2P和3P手艺，使研究人员可以生成一幅跨越多层脑组织的快速细胞运动的图像。除了夹杂激光计谋，HyMS还集成了该范畴比来的其他手艺和概念上的提高，这是一种协同的方式，指导了该手艺的成长。方针是经由多光子激发显微镜获取尽或者多的生物信息，同时最小化这种方式发生的热量。当测试新系统时，科学家们获得了好多信息。HyMS拥有现有3p手艺中最高的帧率，这意味着它能够以创记载的速度捕获生物转变。
以前的手艺只扫描单一平面的组织，而这项手艺能够从整个组织样本中获守信息，并许可用户一次记录多达12000个神经元。HyMS另一个优势是它可以同时测量大脑分歧深度区域的运动。因为大脑的分歧条理络续地交流旌旗，追踪这些区域之间的互相感化是认识器官若何运作的要害。在此之前，人们甚至无法同时视察皮层整个深度的神经元运动。有了这项手艺，能够看到大脑皮层内部、皮层和皮层下构造之间的信息流是什么样。除了索求新的深度，HyMS还使研究人员记录动物在积极介入情况运动时的大脑运动。
例如，在一项实验中，研究人员使用这项手艺记录了数千只老鼠在跑步机上行走或听声音时神经元发出的旌旗。他们可以获得精巧的记录这一事实表明，当动物执行分歧的义务时，这项手艺或者被用于监测大型细胞群——这一应用或者有助于说明行为和认知的各个方面的神经机制。此外，像HyMS如许的手艺对于进展更好地舆解大脑若何处理信息的研究人员来说是至关主要。大脑中的神经元慎密相连，信息往往不是由单个细胞透露，而是由收集状况透露。要懂得收集的动态，需要在单神经元水平上正确测量大脑的大部门。
博科园-科学科普｜研究/来自: 洛克菲勒大学
参考期刊文献:《细胞》
DOI: 10.1021/acsnano.8b09559
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