改进的大脑映射工具比以前的版本更强大的20倍

索尔克研究所的科学家们开发了一种新的试剂来绘制大脑复杂的连接网络，这种试剂的效率是之前的试剂的20倍。该工具改进了狂犬病毒追踪技术，该技术最初由索尔克Callaway实验室开发，通常用于绘制神经连接。

狂犬病毒追踪使用了一种改良版的狂犬病毒，这种病毒在神经元之间跳跃，在过程中激活连接。这张发光的地图可以让研究人员精确地追踪到哪些神经元彼此连接。将这种神经回路可视化可以帮助科学家更多地了解从运动疾病到神经发育障碍的各种情况。

“要真正了解大脑功能，我们必须了解不同类型的神经元是如何跨越大脑许多遥远区域相互连接的。我们开发的狂犬病追踪方法让这成为可能，但我们只是标记了所有联系的一小部分，”索尔克教授、该杂志2016年4月14日发表的新论文的资深作者爱德华·卡拉威(Edward Callaway)说细胞的报道。

他补充说，在神经科学的关键工具上取得如此巨大的进步，将有助于研究人员阐明大脑疾病的各个方面，其中连通性和全局处理出现了问题，比如自闭症和精神分裂症。

神经元之间的长距离连接是大脑中所谓的全局处理的关键。想象一个球朝接球手飞去。捕手的视觉回路会处理关于球的信息，并将信息发送给大脑的运动回路。然后，运动电路引导接球手手臂和手的神经去抓球。这种全球处理依赖于长距离神经回路与特定神经元类型形成精确连接;这些回路可以用狂犬病毒示踪剂显示。

“有了这种新的狂犬病示踪剂，我们可以看到一个神经元接一个神经元的连通性，跨越长距离输入神经元，比以前的狂犬病示踪剂更好，”索尔克研究助理、论文第一作者金euiseok说。

大脑中有数十亿个神经元，只有少数几种技术能够描绘出它们之间的交流。一些成像技术，如功能性核磁共振成像，可以在大脑中看到广泛的通信，但并不关注细胞水平。电生理学和电子显微镜可以追踪细胞间的连接，但不适用于绘制整个大脑的神经回路。

利用嗜神经病毒(如狂犬病)的追踪方法，长期以来一直被用来追踪神经通路之间的连接。但是这些病毒通过多个回路在大脑中广泛传播，因此很难确定哪些神经元是直接连接的。2007年，卡拉威的实验室开创了一种基于转基因狂犬病毒的新方法。这种方法可以使病毒感染针对特定类型的神经元，也可以控制病毒的传播。结果是，这个系统照亮了整个大脑的神经元，但只标记那些直接与感兴趣的神经元相连的。

为了控制病毒传播的距离，科学家们确保狂犬病毒只能感染选定的一组神经元。首先，科学家们除去并更换了关键的外壳狂犬病毒,称为糖蛋白。病毒需要这层糖蛋白外壳进入并感染细胞，但替代糖蛋白阻止病毒感染正常神经元。然后，科学家们改变小鼠的一组神经元，使其成为所谓的“启动细胞”，这些细胞特别容易被这种修饰过的糖蛋白感染。启动细胞也被编程为提供狂犬病糖蛋白，这样一旦启动细胞被感染，狂犬病示踪剂的新拷贝可以通过启动细胞的突触扩散到连接的神经元。然而，一旦狂犬病毒示踪剂进入下一组神经元，它就找不到继续扩散所需的糖蛋白，因此，整个神经回路的感染轨迹就结束了。

虽然最初的狂犬病毒示踪剂精确地追踪了电路，但它只穿过了起始细胞突触的一小部分。索尔克研究小组着手设计一种更有效的狂犬病毒示踪剂。首先，研究人员从各种狂犬病毒株中提取片段，制造新的嵌合糖蛋白，然后通过计数已知回路中的标记细胞来测试这些版本。

获胜的嵌合糖蛋白通过一种名为密码子优化的技术进行了进一步的基因修饰，以增加启动细胞中产生的糖蛋白的水平。与原狂犬病示踪剂相比，新的密码子优化示踪剂提高了长距离输入的示踪效率神经元多达20倍。

“虽然改进后的版本更好，但仍有机会进一步改进狂犬病示踪剂，因为我们继续检查其他。狂犬病菌株，“金说。

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