光遗传学捕捉活的哺乳动物大脑中的神经元传递

瑞士科学家使用一种尖端方法用光刺激神经元。他们首次成功地记录了活体动物神经元之间的突触传递。

神经元是神经系统的细胞，通过称为突触的连接处相互传递化学信号来进行交流。这种“突触传递“对于大脑和脊髓快速处理大量输入刺激并产生输出信号至关重要。然而，研究活体动物的突触传递是非常困难的，研究人员不得不使用不能捕捉到神经元真实环境的人工条件。现在，EPFL的科学家们使用一种结合遗传学和光物理学的新方法，第一次观察和测量了活体动物的突触传递。他们突破性的工作发表在神经元。

Aurélie EPFL大脑大脑研究所的Pala和Carl Petersen使用了一种新技术，Optimetics.，在过去的十年里在神经科学领域取得了重大进展。这种方法利用光实时精确地控制活体甚至是活体动物的特定神经元的活动。这种精确度对于研究数百种不同的神经元类型和理解诸如思维、行为、语言、记忆甚至精神障碍等高级大脑功能至关重要。

用光激活神经元

光遗传学的工作原理是将一种感光蛋白的基因插入活神经元中，从单个细胞到整个神经元家族。这些经过基因改造的神经元会产生光敏蛋白质，这种蛋白质位于它们的细胞膜外。在那里，它扮演着电子通道的角色——有点像门。当光线照射到神经元上时，通道打开，让电子离子流入细胞;有点像用太阳能电池充电的电池。

电子离子的加入改变了神经元的电压平衡，如果光遗传刺激足够强，就会在神经元中产生爆炸性电信号。这就是光遗传学的影响:通过开关灯来控制神经元的活动。

记录神经传输

PALA使用邻戈学刺激麻醉小鼠的单一神经元，看看这种方法是否可用于记录突触传输。她瞄准的神经元位于鼠标脑中的一部分，称为桶皮层，从鼠标的晶须处理感官信息。

当Pala用蓝光照射含有光敏蛋白的神经元时，神经元被激活并发出信号。同时，她使用微电极测量邻近神经元的电信号，这种微电极可以记录神经元细胞膜上微小的电压变化。

通过这些方法，研究人员观察了光敏神经元是如何与它们的邻近神经元连接的:被称为“中间神经元”的小型连接神经元。在大脑中，中间神经元通常是抑制性的:当它们接收到一个信号时，它们会降低下一个神经元继续传递信号的可能性。

研究人员记录和分析了从光敏神经元到互连的突触传递。此外，它们使用先进的成像技术（双光子显微镜），使它们能够深入了解活小鼠的大脑，并识别他们正在学习的每个内部的类型。数据显示，来自光敏神经元的神经元透射取决于接收端上的中间核的类型。

“这是一个概念验证研究，”AuréliePala说，他们为这项工作获得了博士学位。“尽管如此，我们认为我们可以使用Optimetics在其他类型之间放大更大的连接连接神经元在大脑的其他地区。“

科学家们现在旨在探讨小鼠桶皮层中的其他神经元联系。他们还想在清醒小鼠上尝试这种技术，看看如何用光线开关的神经元活动如何影响更高的脑功能。

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