摘要: 为了开发出侵害性更小的显微镜,德国马普研究院的Jason Kerr及同事开发出一种安装在大鼠头部的双光子显微镜,安装之后,大鼠能够自由活动。所有的显微镜光学设备放置在这种小型显微镜中,而激发光和发射光是由光纤传输和收集的。这种显微镜足够小,不会影响小动物的日常活动。大鼠在携带显微镜时,表现出正常的跑、挖洞、进食等行为。
若想对大脑中的活动,神经生物学家会怎么做?当然,他们能解剖大脑,并对分离出的细胞和组织切片成像,或者,他们也能对固定的动物进行核磁共振扫描。但是,如果想要真正了解大脑在遇到复杂环境时的运作方式,我们需要尽可能使动物表现出自然的行为。不过,到目前为止,还没有人发明出核磁共振的头盔,让研究对象戴着进行日常活动。即使有这样的头盔,研究人员也仅限于查看与某些刺激相关的神经活动的较大改变。
荧光显微镜也难担此重任,这么大的显微镜如何安装在小鼠的头部?活体荧光成像的常用方法是去除或削薄覆盖大脑的颅骨区域,然后将动物的脑袋固定在双光子显微镜的物镜上。这通常需要麻醉动物,直至后来研究人员陆续开发出一些可随动物移动的显微镜。但这些显微镜要么会制约头部,要么需要侵入脑部。
为了开发出侵害性更小的显微镜,德国马普研究院的Jason Kerr及同事开发出一种安装在大鼠头部的双光子显微镜,安装之后,大鼠能够自由活动。所有的显微镜光学设备放置在这种小型显微镜中,而激发光和发射光是由光纤传输和收集的。这种显微镜足够小,不会影响小动物的日常活动。大鼠在携带显微镜时,表现出正常的跑、挖洞、进食等行为。
为了展示此系统的独特能力,Kerr及同事们观察了视皮层的2/3层中神经元群体的钙瞬变。图像Zui多包含20个神经元,能稳定地连续记录5分钟以上,即使动物以0.6 m/s的速率跑动。神经钙瞬变很容易检测到,且观察到对不同静态视觉刺激的反应。当大鼠凝视静态图像时,神经活性增加,研究人员记录到35个神经元中的7个有显着升高。
Kerr表示:“它就像自然的视觉。大鼠与环境自由地相互作用。”Kerr设想他们的装置未来能应用在社会行为及捕食等复杂的行为上,他们也在为此做准备。你可以想象,在未来的某一天,两个动物也许会紧盯着对方头上的奇怪装置。
这项新技术是一个里程碑式的进步,为大脑感知和注意力相关机制的研究提供了一种新的方法。
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