西北大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)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(yàn)(例如聞到香蕉味)時(shí)激活神經(jīng)元之間的活躍對話。映射各個(gè)神經(jīng)連接的模式可以提供洞悉人腦工作基礎(chǔ)的計(jì)算過程的信息。

在一項(xiàng)針對果蠅三個(gè)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(biāo)記了大腦中的神經(jīng)元，以查看在數(shù)小時(shí)前發(fā)生的感覺體驗(yàn)中哪些連接處于活動(dòng)狀態(tài)。

突觸是神經(jīng)元交換信息的交流點(diǎn)。熒光標(biāo)記技術(shù)是第一個(gè)允許科學(xué)家識(shí)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(hào)在交流事件之后會(huì)持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，從而使研究人員能夠在顯微鏡下研究大腦的活動(dòng)。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人馬可·加里奧(Marco Gallio)表示：“大腦的大部分計(jì)算都發(fā)生在突觸級(jí)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(gè)機(jī)會(huì)窗口，可以查看在特定行為或感官體驗(yàn)期間哪些突觸參與了交流。這是一個(gè)獨(dú)特的回顧性標(biāo)簽。”

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

例如，通過讀取熒光信號(hào)，研究人員可以判斷出一次感官事件發(fā)生后，整整一個(gè)小時(shí)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(huì)激活嗅覺系統(tǒng)中的神經(jīng)連接，而果蠅聞到茉莉花時(shí)會(huì)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(xué)研究的通用技術(shù)的詳細(xì)信息已發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

Gallio和他的團(tuán)隊(duì)想研究果蠅在執(zhí)行復(fù)雜行為時(shí)的大腦活動(dòng)，但是在顯微鏡下很難做到這一點(diǎn)?？茖W(xué)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(biāo)記，它們在活躍且彼此交談的神經(jīng)元之間的接觸點(diǎn)(突觸)亮起。操作結(jié)束后一到三個(gè)小時(shí)即可讀取熒光信號(hào)。

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(biāo)記的同一只動(dòng)物。”

熒光的綠色，黃色和藍(lán)色信號(hào)使研究人員可以在同一只動(dòng)物中以不同顏色的感官體驗(yàn)標(biāo)記不同的突觸。熒光信號(hào)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(xué)習(xí)大腦及其交流通道的模型動(dòng)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(jìn)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(dòng)物暴露于不同的感官體驗(yàn)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(yàn)中大腦中發(fā)生了什么。

為了創(chuàng)建標(biāo)簽，科學(xué)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(shí)這些神經(jīng)元彼此交談，則兩半會(huì)聚在一起并亮起。這僅發(fā)生在主動(dòng)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(dòng)模式，將它們之間的瞬時(shí)交換記錄為持久性信號(hào)，這些信號(hào)隨后可以在顯微鏡下觀察到，” Gallio說。

標(biāo)簽： 閱讀蒼蠅的思想