近日來(lái)自哈佛大學(xué)和劍橋大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，可使他們以單細(xì)胞分辨率檢測(cè)大群神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。這項(xiàng)在斑馬魚(yú)中開(kāi)發(fā)的技術(shù)為我們提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型揭示大腦區(qū)域是如何協(xié)同運(yùn)作靈活控制行為的。相關(guān)論文發(fā)布在《自然》（Nature）雜志上。

我們的思想和行為是大群神經(jīng)細(xì)胞的產(chǎn)物，往往每次都有數(shù)百萬(wàn)的神經(jīng)元在一起協(xié)同運(yùn)作。在行為過(guò)程中以精細(xì)的分辨率測(cè)量這群細(xì)胞的大腦活動(dòng)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，科學(xué)家們僅能夠測(cè)量運(yùn)動(dòng)大鼠個(gè)別大腦區(qū)域的活動(dòng)，通常不超過(guò)幾百個(gè)神經(jīng)元。

同時(shí)任職于哈佛大學(xué)和劍橋大學(xué)的博士后研究人員Misha Ahrens博士與同事們一起開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，可使神經(jīng)科學(xué)家們?cè)谕该靼唏R魚(yú)的任何大腦區(qū)域同時(shí)對(duì)多達(dá)2000個(gè)神經(jīng)元展開(kāi)研究。他們的這項(xiàng)研究工作獲得了Wellcome Trust基金和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的資金資助。

Ahrens博士和同事們?yōu)榘唏R魚(yú)構(gòu)建了一個(gè)虛擬環(huán)境，這使得他們能夠檢測(cè)斑馬魚(yú)“移動(dòng)”時(shí)的神經(jīng)元活動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)中，斑馬魚(yú)被麻痹從而使研究人員能夠?qū)λ拇竽X成像；斑馬魚(yú)通過(guò)激活它們的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突（負(fù)責(zé)生成運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞）來(lái)感知“移動(dòng)”通過(guò)虛擬環(huán)境。

斑馬魚(yú)是一種常被用于研究人類保守的神經(jīng)系統(tǒng)遺傳學(xué)和特征的簡(jiǎn)單生物體。它具有遺傳學(xué)可修飾性，因此Ahrens博士和同事們通過(guò)操縱斑馬魚(yú)的基因組成，構(gòu)建出了一條特殊的斑馬魚(yú)。這條斑馬魚(yú)中所有的神經(jīng)元都包含一種特殊的蛋白質(zhì)，當(dāng)細(xì)胞處于活躍狀態(tài)時(shí)蛋白熒光增強(qiáng)。由于斑馬魚(yú)是透明的，因此研究小組能夠利用一種激光掃描顯微鏡觀察斑馬魚(yú)大腦中所有神經(jīng)元的活動(dòng)，同時(shí)可達(dá)到2000個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞。

Ahrens博士解釋說(shuō)：“我們的行為是由數(shù)千個(gè)，有可能是數(shù)百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞協(xié)同運(yùn)作所決定。這條斑馬魚(yú)借助大約10萬(wàn)神經(jīng)元組成的大腦來(lái)完成復(fù)雜的行為，幾乎所有的神經(jīng)元都可以用光學(xué)記錄神經(jīng)活動(dòng)。我們的新技術(shù)將幫助我們檢測(cè)大型網(wǎng)絡(luò)是如何調(diào)控行為的，同時(shí)告訴我們每個(gè)細(xì)胞都正在做什么。”

利用該技術(shù)，Ahrens博士和同事們探討了一個(gè)問(wèn)題：斑馬魚(yú)是否會(huì)對(duì)環(huán)境變化做出應(yīng)答改變它們的行為？為了達(dá)到這一目的，他們操控了虛擬環(huán)境以刺激斑馬魚(yú)突然間變得更“強(qiáng)壯”。從而提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的見(jiàn)解當(dāng)大腦需要改變它驅(qū)動(dòng)行為的方式時(shí)發(fā)生了什么，例如何時(shí)水溫會(huì)改變肌肉的效力，何時(shí)斑馬魚(yú)會(huì)受傷。

Ahrens博士補(bǔ)充說(shuō)：“麻痹的斑馬魚(yú)通過(guò)調(diào)整大腦向肌肉發(fā)送的沖動(dòng)數(shù)量，確實(shí)在虛擬世界中改變了它們的行為。它們還在一段時(shí)間內(nèi)‘記住’了這一改變。在這一行為過(guò)程中對(duì)大腦的所有區(qū)域進(jìn)行成像，我們確定了參與其中的某些大腦區(qū)域，最明顯的是小腦及相關(guān)結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)開(kāi)啟了最終可利用行為來(lái)了解人類運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)控制缺陷的可能性。”

“我們自身的運(yùn)動(dòng)控制就是通過(guò)與斑馬魚(yú)相似的方式不斷地進(jìn)行重新調(diào)整，應(yīng)對(duì)我們機(jī)體和環(huán)境不斷變化的情況，例如當(dāng)我們的腿受傷，或是我們正行走在光滑的地面上，或是提著沉重的袋子時(shí)。斑馬魚(yú)的行為是一種非常簡(jiǎn)化的版本，我們能夠由此獲得關(guān)于大腦結(jié)構(gòu)如何驅(qū)動(dòng)行為的一些認(rèn)識(shí)。這有可能在某一天幫助我們了解到人類某個(gè)大腦區(qū)域受損影響大腦整合感覺(jué)信息調(diào)控機(jī)體運(yùn)動(dòng)的方式的機(jī)制。”