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  • 使用新的钙指示剂,在神经元(右框)的细胞体的积累,MIT神经学家能够更准确地图像神经元活动。传统的钙指标(左框)可以产生串扰模糊图像。

    使用新的钙指示剂,在神经元(右框)的细胞体的积累,MIT神经学家能够更准确地图像神经元活动。传统的钙指标(左框)可以产生串扰模糊图像。

    图片:霍华德gritton,波士顿大学

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一个集中的处理在大脑中成像的神经活动

使用新的钙指示剂,在神经元(右框)的细胞体的积累,MIT神经学家能够更准确地图像神经元活动。传统的钙指标(左框)可以产生串扰模糊图像。

用于在神经元成像钙新分子来自相邻神经元减少了串扰。


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当神经元火电脉冲,他们也经历钙离子的激增。通过测量这些浪涌,研究人员可以间接地监测神经元的活动,帮助他们学习在许多不同的大脑功能单个神经元的作用。

一个缺点该技术是由从相邻的神经元延长轴突和树突产生的串扰,这使得更难获得正在研究从神经元独特信号。现在bt365手机app的工程师已经开发出一种方法来克服这个问题,通过创建钙指标,或传感器,积聚只有一个神经元的身体。

“人们正在使用钙指标在大脑的许多地方监控神经活动,”爱德华·博伊登中,y表示。在神网EVA谭教授,bt365手机app和脑与认知科学的生物工程学教授。 “现在他们可以得到更好的效果,获得更精确的神经记录的是较少受干扰污染。”

实现这一点,研究人员称为融合gcamp常用钙指示剂的短肽,它的目标,以电池单元主体。研究人员表示新的分子,其研究人员称为somagcamp,可以很容易地结合到用于钙成像现有的工作流程。

博伊登是这项研究的资深作者,今天出现在 神经元。该论文的第一作者是科学家或示麦,博士后长阳菱湖,和前博士后kiryl piatkevich。

分子焦点

所述gcamp钙指示剂包括附连到称为钙调蛋白,钙结合蛋白的荧光蛋白的,和钙调蛋白结合蛋白称为M13肽。当其结合到钙离子在大脑中,使研究人员能够间接地测量神经元活动gcamp荧光。

“钙是很容易的图像,因为它从小区到当一个神经元被激活了很高浓度内浓度非常低去,说:”博伊登,谁也是bt365手机app的一员是为大脑研究,媒体实验室麦戈文研究所,并科赫研究所综合癌症研究。

检测这些荧光信号的最简单的方法是使用一个称为一个光子显微镜类型的成像。这是一种相对便宜的技术,其以高速罐图像大脑样品,但不足之处是它拿起相邻的神经元之间的串扰。 gcamp进入神经元的所有部分,因此,从一个神经元的轴突信号可以看起来好像它们被从相邻的电池体的到来,使信号不准确。

更昂贵的技术,即双光子显微镜可以通过非常狭窄的光聚焦到单个神经元部分解决这个问题,但这种方法需要专门的设备,且速度较慢。

博伊登的实验室决定采取一种不同的方法,通过修改指示符本身,而不是成像设备。

“我们认为,而不是光学聚光,如果我们关注的分子指标?”他说。 “有很多人使用的硬件,如双光子显微镜,清理成像。我们试图建立的其他什么人做硬件的分子版本“。

在去年出版,博伊登和他的同事使用的相关文件 类似的方法 以减小直接图像神经元膜电压荧光探针之间的串扰。并联,它们决定尝试用钙成像,这是一个更广泛使用的技术类似的方法。

专门目标gcamp到神经元胞体中,研究人员试图融合gcamp到许多不同的蛋白质。他们探索了两种类型的候选人 - 已知积累在细胞体内天然存在的蛋白质,以及人性化设计的肽 - 与bt365手机app生物学教授艾米·基廷,谁也是论文的作者合作。这些合成的蛋白质的卷曲螺旋蛋白,其具有独特的结构,其中的蛋白质的多个螺旋线圈一起。  

串扰更少

研究者筛选大约在实验室培养皿中生长的神经元30点的候选,然后选择了两个 - 一个人工卷曲螺旋和一个天然存在的肽 - 在动物中测试。与米沙阿伦斯,谁研究斑马鱼在珍利亚农场研究园区工作,他们发现这两种蛋白质在提供的gcamp原始版本显著的改善。的信噪比 - 相比背景活性的信号的强度的量度 - 上去,相邻的神经元之间的活动显示出降低的相关性。

在小鼠的研究中,韩雪在波士顿大学的实验室进行,研究人员还发现,新的指标相邻的神经元的活性降低之间的相关性。使用一个微型显微镜(称为微内窥镜),在在索尔克研究所琦TYE的实验室进行的额外的研究,揭示了在信噪比与新的指标显著增加。

“我们的新指标,使信号更准确。这表明,人们定期gcamp测量信号可以包括相声,”博伊登说。 “还有的细胞之间的人为同步的可能性。”

在所有的动物研究中,他们发现,人工的,卷曲螺旋蛋白产生比他们测试了天然存在的肽的亮信号。博伊登说,这是目前还不清楚为什么卷曲螺旋蛋白质的工作这么好,但一种可能性是,他们彼此结合,使得它们不太可能行驶在小区内很远。

博伊登希望利用新的分子,试图像小动物的整个大脑,如蠕虫和鱼,他的实验室也正在提供给谁想要使用他们的任何研究人员的新指标。

“它应该是很容易实现,事实上,许多团体已经在使用它,”博伊登说。 “他们可以只使用普通显微镜,他们已经正在使用钙成像,而是采用常规的gcamp分子,它们可以替代我们的新版本。”

该研究主要是由心理健康国家研究所和药物滥用研究所,以及来自美国国家卫生研究所主任的先锋奖资助和丽莎杨,约翰·杜尔,在HHMI - 西蒙斯教授学者计划,和人类前沿科学计划。


主题: 研究, 神经科学, 脑与认知科学, 生物工程, 媒体实验室, 麦戈文研究所, 科赫研究所, 工程学院, 科学学院, 建筑与规划学院, 美国国立卫生研究院(NIH), 成像

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