视野推进显示首先观察清醒大脑的所有皮质层

就像医生寻求扫描深入身体的具体性,CT和MRI,和天文学家寻找远到宇宙太空望远镜,自适应光学和不同波长的光,神经科学家追求的新方法观察脑细胞的大脑深处。最近出现的三光子显微镜使他们比以往任何时候都能更深入地观察脑细胞。现在，基于这项技术的重大改进，麻省理工学院(MIT)的科学家们首次在一只清醒的老鼠身上，通过视觉皮层的每一层，特别是下面神秘的“基板”，进行了神经活动的刺激研究。

“通过优化光学设计和其他特征来进行现场大脑进行测量的参数，我们能够实际制作以前无法进行的新发现，”Picower Institute中神经科学教授的联合通讯作者Mriganka Sur说用于学习和记忆。本文的联合主导作者是Postdocs Murat Yildirim和Hiroki Sugihara。另一作者是彼得所以，机械工程和生物工程教授。

“这个概念已经存在，但问题是你是如何使它的工作，”Sur说。

该研究发表于自然通信，球队表明，随着小鼠看着视觉刺激，他们的人类观察者可以测量活动的活动模式神经元在所有六层视觉皮层和子板上，提供了关于它们在哺乳动物过程视觉的角色的新数据。此外，通过一系列仔细的实验​​，研究人员能够表明他们发送的光，以及回来的光，既没有损坏，也没有改变，它们测量的细胞。

总而言之，本文描述了一种新的三光子显微镜，优化以提供能够达到深度目标的快速，短，低功率脉冲，而不会导致任何功能性干扰或物理损伤，然后检测细胞发出的所得荧光高效率以尖锐的分辨率和快速帧速率生产图像。

“我们有动力展示我们可以在令人瞩目的情况下为动物的三光子显微镜技术做些什么，所以我们可以提出神经科学的重要问题，”Yildirim说。“你可以认为你在世界上有最好的显微镜，但直到你问那些问题你不知道你要得到什么结果。”

飞秒和nanojoules

多光子显微镜背后的理论返回1931年玛丽亚·佩珀特 - 市长的博士论文，其作品表明，较低能量光子的同时组合可以像单个更高的能量光子一样激发原子或分子到更高的能量状态可以。1990年，康奈尔大学科学家认为，在两光节显微镜和2013年再次具有三光子范围的生物成像的洞察力。这些允许的神经科学家认为，由于较低的能量，更高波长的光子比更高能量，较短波长光子更易感，以便被脂质的细胞分子散射更易感。

Sur和So在麻省理工学院的实验室已经加入了推动多光子显微镜前沿的行列。在一项新的研究中，研究人员表示，他们已经进行了足够的研究神经活动。为此，该团队试图基于它们正在成像的脑组织的性质的细致测量，改善激光和范围光学器件的许多不同参数。例如，它们不仅测量了细胞开始显示出明显损伤的能量（约10纳米），而且还测量了细胞开始表现不同的功率，从而产生受测量的数据（2到5纳米）的数据。通过精确和目的来提供较低的能量水平，科学家们优化了令人难以置信的短脉冲的范围，以持续40毫秒的“脉冲宽度”，或者四十次，艰苦地安排了光学器件，以最大化收集分子被输入激光能量激发的光会发出回来。

前所未有的神经科学

在仔细验证,优化three-photon范围的测量同意与双光子作用域(皮质的浅层)和电生理学(可以更深,但盲目),团队开始着手做一些前所未有的neuroscience-direct视觉观察的神经活动在所有皮质层的清醒,动物的行为。

在实验室中，他们在12个不同的旋转方向和屏幕上的两个运动方向上显示了一些光栅图案。通过他们优化的三光子范围，他们观看了每个神经元层皮质 - 持续超过一毫米 - 看到细胞如何对该标准视觉输入的反应。他们可以看到细胞的活动，因为它们在使用称为GCAMP6S的标签升高的钙活性时向其发光以发光。他们可以通过称为“三次谐波产生”的现象来看看血管和白质等其他组织。

随着他们观察到最深层的能力，他们观察到第5层神经元是“广泛”的定向调整，这意味着它们响应各种方向，而不是一个或2个特定的方向。第5层神经元还具有比其他层中的细胞更自发的活性，以及​​与大脑的更深部分的更多连接。同时，第6层神经元在其他层中的神经元具有稍微敏锐的方向调整，这意味着它们更具体地对他们对不同取向的反应。

小姐惊喜

他们最令人惊讶的发现是，子塑料，大多数神经“白物”纤维的薄层，是一群神经元的所在地，具有弱和广泛地调整到视觉输入的活动模式。研究人员表示，该发现是令人梦想的，因为许多神经科学家认为亚板神经元在开发期间大部分都是活跃的。该层也太薄，Yildirim表示，用电生理学测量。

“到目前为止，由于成像的技术挑战，成熟大脑中的亚壳神经元尚未研究细胞研究人员写道。

Sugihara首次召回Yildirim显示他的亚板神经元在成熟小鼠中活跃。“他们在那里做什么？”他回忆起惊讶地问道。

现在他们继续使用他们的新范围来回答这个问题。

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