西北大學的神經(jīng)科學家現(xiàn)在可以閱讀蒼蠅的思想。他們開發(fā)了一種巧妙的新工具，可以在行為或感官體驗(例如聞到香蕉味)時激活神經(jīng)元之間的活躍對話。映射各個神經(jīng)連接的模式可以提供洞悉人腦工作基礎(chǔ)的計算過程的信息。

在一項針對果蠅三個感覺系統(tǒng)的研究中，研究人員使用不同顏色的熒光分子標記了大腦中的神經(jīng)元，以查看在數(shù)小時前發(fā)生的感覺體驗中哪些連接處于活動狀態(tài)。

突觸是神經(jīng)元交換信息的交流點。熒光標記技術(shù)是第一個允許科學家識別在復(fù)雜行為(例如避免熱)過程中活躍的突觸的技術(shù)。更好的是，熒光信號在交流事件之后會持續(xù)幾個小時，從而使研究人員能夠在顯微鏡下研究大腦的活動。

這項研究的負責人馬可·加里奧(Marco Gallio)表示：“大腦的大部分計算都發(fā)生在突觸級別，在此神經(jīng)元之間相互交談。” “我們的技術(shù)為我們提供了一個機會窗口，可以查看在特定行為或感官體驗期間哪些突觸參與了交流。這是一個獨特的回顧性標簽。”

Gallio是西北大學溫伯格藝術(shù)與科學學院神經(jīng)生物學的助理教授。

例如，通過讀取熒光信號，研究人員可以判斷出一次感官事件發(fā)生后，整整一個小時的蠅蠅處于高溫還是低溫狀態(tài)都持續(xù)了10分鐘。他們還可以看到，暴露在香蕉氣味中的氣味會激活嗅覺系統(tǒng)中的神經(jīng)連接，而果蠅聞到茉莉花時會激活神經(jīng)連接。

可以與其他模型系統(tǒng)一起用于神經(jīng)科學研究的通用技術(shù)的詳細信息已發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

Gallio和他的團隊想研究果蠅在執(zhí)行復(fù)雜行為時的大腦活動，但是在顯微鏡下很難做到這一點?？茖W家們發(fā)現(xiàn)了使用基因工程的另一種方法。作者從在海ly中發(fā)現(xiàn)的綠色熒光蛋白基因開始，得出了三種不同的彩色標記，它們在活躍且彼此交談的神經(jīng)元之間的接觸點(突觸)亮起。操作結(jié)束后一到三個小時即可讀取熒光信號。

該論文的通訊作者加利奧說：“不同的突觸在不同的行為過程中是活躍的，我們可以看到具有三種不同標記的同一只動物。”

熒光的綠色，黃色和藍色信號使研究人員可以在同一只動物中以不同顏色的感官體驗標記不同的突觸。熒光信號持續(xù)存在，以后可以在相對簡單的顯微鏡下觀察到。

研究人員研究了果蠅果蠅(Drosophila melanogaster)，這是一種用于學習大腦及其交流通道的模型動物。他們通過將它們新應(yīng)用的熒光分子應(yīng)用到飛行中最著名的感覺系統(tǒng)的神經(jīng)連接中來對其進行測試：它的嗅覺，復(fù)雜的視覺系統(tǒng)和高度可調(diào)的熱感覺系統(tǒng)。

他們將動物暴露于不同的感官體驗中，例如熱或光照以及聞到香蕉或茉莉花的味道，以觀察體驗中大腦中發(fā)生了什么。

為了創(chuàng)建標簽，科學家將熒光分子一分為二，一半用于說話的神經(jīng)元，另一半用于收聽的神經(jīng)元。如果蠅在暴露于香蕉味或高溫中時這些神經(jīng)元彼此交談，則兩半會聚在一起并亮起。這僅發(fā)生在主動突觸傳遞的部位。

“我們的結(jié)果表明，我們可以檢測出大腦中神經(jīng)元之間特定的活動模式，將它們之間的瞬時交換記錄為持久性信號，這些信號隨后可以在顯微鏡下觀察到，” Gallio說。

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