Cell：首次观看到活体脑细胞电活性

　　

一项由美国国立卫生研究院资助的研究项目表明，新基因工程蛋白也许将成为大型脑研究计划的一种重要工具

生物通报道：科学家们利用果蝇，第一次通过一种新型基因工程蛋白观看到活体大脑中神经细胞电活性，这一研究成果公布在Cell杂志上，表明这些蛋白未来也许能作为绘制多细胞动物大脑活性的一种重要新工具，也将能用于研究神经系统疾病是如何扰乱正常神经细胞信号的。

今年美国总统奥巴马在白宫公布了投资一亿美元研究人脑活动图工程计划的细节，这项研究工程的目的在于找到治疗老年痴呆等神经性紊乱病症的方法。奥巴马总统表示，绘制人类基因图谱改变了遗传学，现在他希望绘制人脑活动图也能有类似的科学作用。同时欧盟就将人脑工程（Human Brain Project）作为其未来与新兴科技最重要的一部分工作，初期投资了7200万美元进行研究，目标与美国的人脑图工程基本相似。

这项最新研究将有助于破解大脑的奥秘，帮助这些人脑工程计划的开展。

（研究人员利用一种称为ArcLight的新型蛋白观察活体果蝇大脑中的神经细胞电活性）

脑细胞需要电来控制思想，行为和感觉。自十九世纪后期，Luigi Galvani博士引导青蛙腿随着电击移动后，科学家们就一直在试图看到神经细胞电活性，了解它们在这些行为中的作用机制。

他们通常利用繁琐的电极或有毒的电压敏感染料来控制电，但是最新这项研究中，来自耶鲁大学医学院的Michael Nitabach和Vincent Pieribone博士领导的研究组则发现了一种新型蛋白——基因编码荧光电压指示蛋白（genetically encoded fluorescent voltage indicators，GEVIs），利用这种蛋白，能令研究人员观看到活体动物中的神经细胞电活性。

Pieribone博士等人开发出了称为ArcLight的蛋白，这种蛋白能随着神经细胞的电压变化而发出荧光，因此研究人员就能实时观测到细胞中的电活性。

在这项研究中，Nitabach博士等人改造了果蝇，令其控制果蝇睡眠周期或嗅觉的大脑细胞表达ArcLight。这样研究人员利用显微镜观察到了大脑细胞电活性，并且通过电极记录下了电压，研究结果表明ArcLight能精确的监控活体大脑中的电活性。

之后研究人员又通过深入实验，发现ArcLight能照亮之前利用其它技术无法看到的大脑部分电活性，并且这种蛋白还能令研究人员观测到清醒和嗅觉过程中产生的电发光的过程。这些研究结果表明，未来神经科学家也许可以利用ArcLight，以及类似的GEVIs方法，绘制正常和疾病状态下，大脑的电环路。

（生物通：张迪）

原文检索：

Cao et al. "Genetically targeted optical electrophysiology in intact neural circuits," Cell, August 8, 2013, DOI: 10.1016/j.cell.2013.07.027