新的大脑深部成像显示，几乎相同的神经元有不同的功能

北卡罗来纳大学医学院的研究人员使用新的深部脑成像技术，将个体基因相似的神经元的活动与老鼠的特定行为联系起来。特别是，科学家们有史以来第一次观察到，当一只老鼠寻找食物时，一个神经元被激活，而它旁边一个几乎完全相同的神经元却保持不活动;相反，第二个神经元只有在老鼠开始进食时才被激活。

这项工作，发表在杂志上细胞他认为，通过操纵整个基因定义的神经元亚型来治疗某种疾病，比如暴饮暴食，可能是一种过于宽泛的方法。为了避免潜在的严重副作用，药物开发人员可能不得不专注于这一亚群中的一种细胞。

这项研究由精神病学助理教授Garret Stuber博士领导，是第一批使用新技术支持NIH大脑计划的报告之一单个神经元神经回路在整个大脑中相互作用。

“传统成像技术不允许我们记录自由移动的老鼠大脑深处的这种活动，”Stuber说，他也是北卡罗来纳大学神经科学中心的成员。“这是第一次，我们可以看到特定的，基因定义的神经元外侧下丘脑当老鼠寻找食物时，它们就会亮起来，吃，喝。”

这一发现表明，以整个脑细胞亚群为目标来了解它们的功能可能有些误导。该亚群中的一种细胞在某种程度上倾向于参与某一方面的行为，而相邻的神经元在某种程度上倾向于参与不同方面的行为。

Stuber说:“知道这一点很重要，因为例如，如果我们想创造一种治疗肥胖的药物，那么你就不会想要影响与食欲有关的细胞，因为你可能会影响与动机行为有关的其他方面的细胞。”“但如果我们只针对与消费有关的细胞，那么也许我们就可以只调节这些细胞而不影响动机。”

这项工作是Stuber实验室一个更大的大脑研究项目的一部分，它是近年来大脑研究进展的一个很好的例子。

50多年来，科学家们已经知道，基本动机的行为，如进食，饮酒和睡觉，是在侧面的下丘脑中控制，无论是啮齿动物，鲨鱼，人类还是任何其他哺乳动物。所有哺乳动物的大脑的这一部分都非常相似。

后来的研究表明，电气刺激侧丘脑增强的动机 - 某种基本结果的“缺乏” - 例如吃的动机。然后，研究人员发现，这个脑区负责进食。也就是说，如果有食物，如果这种脑区域电刺激，动物会吃它。如果动物饥饿或不饥饿，那并不重要。

但是，刺激整个大脑区域并不能告诉研究人员哪种细胞类型真正负责哪种行为。直到最近，科学家们还无法研究这些不同种类的细胞，因为它们与某些行为有关。Stuber决定使用各种技术，包括光遗传学和钙成像，来研究GABAergic神经元的作用，GABAergic神经元是下丘脑外侧的一个大子集。

“通过光刺激这些细胞，我们发现我们可以增加老鼠的喂养和产生奖赏相关的行为，”Stuber说。但是，坦白地说，这个发现和几十年前的发现没有太大的不同。我们想看看这个细胞子集中的单个神经元是否对行为的不同方面进行了编码。这真的很有挑战性。这就是为什么我们转向一种活体动物的特殊成像。”

Stuber的团队包括前北卡罗来纳大学神经生物学课程研究生Josh Jennings博士和北卡罗来纳大学医学博士/博士生Randall Ung，他们是《神经生物学》的共同第一作者细胞纸。当钙进入神经元时，他们只能修改GABAergic神经元，使其发出荧光——这就是神经元活动爆发时发生的情况。本质上，为了成像，荧光钙指示剂是神经元放电的视觉代理。

由于传统的成像方法不允许对深层大脑进行可视化，Stuber的团队转向了一种先进的内窥镜成像系统，这是很少有其他实验室能够使用的。这些大约一英寸长的显微镜附着在老鼠的大脑上，这样老鼠就可以不受限制地正常活动和行为。Stuber的团队能够在活老鼠中研究740个GABAergic神经元。

然后蒸腾的团队进行了实验，分析了在激励行为期间烧制的神经元，例如搜索食物，以及在完善的行为期间发射的神经元，例如进食和饮酒。

当小鼠搜查食物时，大约22％的加布枸杞被激活。当小鼠消耗食物或饮料时，大约10％的加布枸杞子。

“我们的关键是几乎没有重叠，”Stuber说。只有在仅在完全行为期间发射的动机行为和细胞中才会发生才能烧制。

“谈到这些细胞如何在大脑中发挥作用时，我们发现这种较大网络中的细胞群在巨大的加巴松神经元中，”Stuber说。“并且这些个体细胞负责这些高度交织的活动。

“在某些时候，我们必须能够瞄准更小和更小的群体神经元。他们的想法是找到基因标记来描述这些不同的群体细胞。如果是这样，那么我们可以针对这些群体，了解更多关于他们做什么和如何做的信息。”

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