摘要： 為了開(kāi)發(fā)出侵害性更小的顯微鏡，德國(guó)馬普研究院的Jason Kerr及同事開(kāi)發(fā)出一種安裝在大鼠頭部的雙光子顯微鏡，安裝之后，大鼠能夠自由活動(dòng)。所有的顯微鏡光學(xué)設(shè)備放置在這種小型顯微鏡中，而激發(fā)光和發(fā)射光是由光纖傳輸和收集的。這種顯微鏡足夠小，不會(huì)影響小動(dòng)物的日常活動(dòng)。大鼠在攜帶顯微鏡時(shí)，表現(xiàn)出正常的跑、挖洞、進(jìn)食等行為。
若想對(duì)大腦中的活動(dòng)，神經(jīng)生物學(xué)家會(huì)怎么做？當(dāng)然，他們能解剖大腦，并對(duì)分離出的細(xì)胞和組織切片成像，或者，他們也能對(duì)固定的動(dòng)物進(jìn)行核磁共振掃描。但是，如果想要真正了解大腦在遇到復(fù)雜環(huán)境時(shí)的運(yùn)作方式，我們需要盡可能使動(dòng)物表現(xiàn)出自然的行為。不過(guò)，到目前為止，還沒(méi)有人發(fā)明出核磁共振的頭盔，讓研究對(duì)象戴著進(jìn)行日?；顒?dòng)。即使有這樣的頭盔，研究人員也僅限于查看與某些刺激相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)的較大改變。
熒光顯微鏡也難擔(dān)此重任，這么大的顯微鏡如何安裝在小鼠的頭部？活體熒光成像的常用方法是去除或削薄覆蓋大腦的顱骨區(qū)域，然后將動(dòng)物的腦袋固定在雙光子顯微鏡的物鏡上。這通常需要麻醉動(dòng)物，直至后來(lái)研究人員陸續(xù)開(kāi)發(fā)出一些可隨動(dòng)物移動(dòng)的顯微鏡。但這些顯微鏡要么會(huì)制約頭部，要么需要侵入腦部。
為了開(kāi)發(fā)出侵害性更小的顯微鏡，德國(guó)馬普研究院的Jason Kerr及同事開(kāi)發(fā)出一種安裝在大鼠頭部的雙光子顯微鏡，安裝之后，大鼠能夠自由活動(dòng)。所有的顯微鏡光學(xué)設(shè)備放置在這種小型顯微鏡中，而激發(fā)光和發(fā)射光是由光纖傳輸和收集的。這種顯微鏡足夠小，不會(huì)影響小動(dòng)物的日?；顒?dòng)。大鼠在攜帶顯微鏡時(shí)，表現(xiàn)出正常的跑、挖洞、進(jìn)食等行為。
為了展示此系統(tǒng)的獨(dú)特能力，Kerr及同事們觀察了視皮層的2/3層中神經(jīng)元群體的鈣瞬變。圖像Zui多包含20個(gè)神經(jīng)元，能穩(wěn)定地連續(xù)記錄5分鐘以上，即使動(dòng)物以0.6 m/s的速率跑動(dòng)。神經(jīng)鈣瞬變很容易檢測(cè)到，且觀察到對(duì)不同靜態(tài)視覺(jué)刺激的反應(yīng)。當(dāng)大鼠凝視靜態(tài)圖像時(shí)，神經(jīng)活性增加，研究人員記錄到35個(gè)神經(jīng)元中的7個(gè)有顯著升高。
Kerr表示：“它就像自然的視覺(jué)。大鼠與環(huán)境自由地相互作用。”Kerr設(shè)想他們的裝置未來(lái)能應(yīng)用在社會(huì)行為及捕食等復(fù)雜的行為上，他們也在為此做準(zhǔn)備。你可以想象，在未來(lái)的某一天，兩個(gè)動(dòng)物也許會(huì)緊盯著對(duì)方頭上的奇怪裝置。
這項(xiàng)新技術(shù)是一個(gè)里程碑式的進(jìn)步，為大腦感知和注意力相關(guān)機(jī)制的研究提供了一種新的方法。
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