研究人員首次在單細胞水平下，完成了對脊椎動物整個大腦的成像記錄，揭示了幼年斑馬魚大腦中不同神經元的活動情況。文章發表在三月十八日的Nature Methods雜志上。

Howard Hughes醫學研究所的Phillipp Keller和Misha Ahrens共同開發了這一成像系統，并用它記錄了整個斑馬魚大腦每秒鐘的活動情況。斑馬魚擁有100,000個神經元，而這項研究監測了其中80%的神經元。由于其他神經元位于難以觸及的區域（如雙眼之間），因此研究人員只能觀察到其中的神經活動，但無法精確到單個細胞。

“這說明給動物大腦中的每個神經元作圖是可行的，”哥倫比亞大學的神經學家Rafael Yuste說。他正在大力提倡進行一項大型生物學項目，希望能夠實現對人類大腦中的所有神經元成像。

這項斑馬魚研究的成像分辨率，足以讓研究者們理解大腦不同區域是怎樣協同工作的，Ahrens說。傳統技術甚至難以對兩千個神經元進行一次性成像，因此人們通常得選擇所要觀察的目標，然后進行類推。但現在，他說，“我們沒有必要再進行推測，可以直接觀察到大腦中發生的事件。”

這一技術的超強成像能力，能夠幫助人們揭示大腦對運動的協調，對學習過程的整合，以及大腦處理視覺和嗅覺的機制。“在該技術的幫助下，我們可以在不同的行為和學習過程中，更好的觀察大腦神經元的動態，”康乃爾大學的神經學家Joseph Fetcho評論說。

基因工程改造的斑馬魚（Danio rerio）是這一成像系統的基礎。研究人員使斑馬魚的神經元合成了一種特殊的蛋白質，當神經細胞放電時會發生鈣離子濃度的波動，此時這種蛋白就會發熒光。與傳統光束不同，這項研究中的顯微鏡發出一層光來檢測斑馬魚的大腦，然后通過檢測器來捕捉熒光信號。整個顯微系統每1.3秒對斑馬魚的大腦活動進行一次記錄。

Ahrens和Keller等人此前曾使用單層光顯微鏡技術（light sheet microscopy）對發育中的胚胎進行成像記錄。他們在這項研究中改進了光檢測器和系統的其它方面，使成像率增加了十倍。研究人員進行了一系列實驗，每個長約一小時的實驗生成了1 terabyte的數據。在此基礎上，他們觀察了不同區域神經元的協調活動。

不過這一技術最適用的還是透明的斑馬魚系統，雖然研究人員認為，該技術也可以在完整的哺乳動物大腦中起作用，不過在這種情況下讀取成像結果需要進行手術，而且只能覆蓋部分大腦區域。此外，在蛋白感應器和成像系統的速度限制下，該技術還不足以分辨單個神經元的放電次數，例如是一次性放電還是連續多次放電。