蒲慕明院士发表冷泉港实验操作文章

　　

生物通报道：著名的神经生物学家蒲慕明教授2009年当选美国国家科学院院士，2011年当选中国科学院院士。现任中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长，近期蒲慕明教授与另外一位学者发表了题为“Monitoring tectal neuronal activities and motor behavior in zebrafish larvae”的文章，介绍了如何通过体内非侵入性的成像技术，监控斑马鱼幼虫的神经活动和运动行为。

这一研究成果公布在《Cold Spring Harbor Protocols》（冷泉港实验室实验方案）上，这份杂志是由著名的冷泉港实验室出版的生命科学领域重要期刊，是研究人员不可或缺的研究参考资料。

为了了解神经系统如何控制视觉动作行为，就需要通过单细胞检测技术，在一种相对简单的行为生物体的大脑区域中监控大量神经元的活性。

斑马鱼幼虫是一种皮肤透明的小脊椎动物，在这一方面能作为一个很好的模型用于监控研究。这种动物在幼虫孵化出来后不久，就开始捕食和躲避天敌，因此这种强烈的进化压力导致其功能性感官系统，尤其是视觉的快速发展。

研究表明，顶盖细胞（tectal cells）在受精后5天就会出现独特的视觉诱发激活模式，并且幼虫能够执行各种视觉动作行为。在早期幼体阶段，斑马鱼主要是通过皮肤呼吸，无需使用麻醉药，通过低融点琼脂糖颗粒就能显微镜下被固定住。而且这种动物皮肤的透明度，小尺寸的神经元（4-5um），以及高神经元密度，都有助于采用体内非侵入性的成像技术，以单细胞的分辨率来监测中枢神经系统附近多达500个细胞的神经元。

蒲慕明教授等人介绍了一种能同时监测自发的和视觉诱发的，斑马鱼幼虫视顶盖中大量神经元活性的新方法，这种方法采用了一种合成的钙染料（Oregon Green BAPTA-1 AM），通过常规共聚焦或双光子荧光扫描显微镜技术，并配合一种检测头部固定的斑马鱼幼虫尾部运动行为方法，共同监测斑马鱼幼虫的运动行为。

蒲慕明教授一直致力于神经科学的研究，近期其研究组在PNAS杂志上发表文章，揭示了轴突在胼胝体内的有序分布是胼胝体等位投射的主要决定因素。

研究人员通过标记皮层相邻两个脑区初级运动皮层与初级感觉皮层的胼胝体轴突，发现这两个脑区的轴突有序地排布在胼胝体中，靠中线皮层的胼胝体轴突位于胼胝体的背侧，过中线后，投射到对侧靠中线的皮层区域。

之后研究人员又通过对轴突导向因子semaphorin3A (Sema3A)或者其受体neuropilin-1 (Nrp1)进行基因操作，发现其胼胝体中轴突的秩序被完全打乱了。尽管轴突秩序被打乱，但是轴突在胼胝体中的位置仍然决定其向对侧脑区的投射顺序。由此而导致产生的大量异位投射会持续到小鼠生后30天（P30），野生型小鼠在这个时期已经完成了对胼胝体异位投射的修剪。这首次揭示了轴突在胼胝体内的有序分布是胼胝体等位投射的主要决定因素。（生物通：万纹）

原文摘要：

Monitoring tectal neuronal activities and motor behavior in zebrafish larvae.

To understand how visuomotor behaviors are controlled by the nervous system, it is necessary to monitor the activity of large populations of neurons with single-cell resolution over a large area of the brain in a relatively simple, behaving organism. The zebrafish larva, a small lower vertebrate with transparent skin, serves as an excellent model for this purpose. Immediately after the larva hatches, it needs to catch prey and avoid predators. This strong evolutionary pressure leads to the rapid development of functional sensory systems, particularly vision. By 5 d postfertilization (dpf), tectal cells show distinct visually evoked patterns of activation, and the larvae are able to perform a variety of visuomotor behaviors. During the early larval stage, zebrafish breathe mainly through the skin and can be restrained under the microscope using a drop of low-melting-point agarose, without the use of anesthetics. Moreover, the transparency of the skin, the small diameter of the neurons (4–5 µm), and the high-neuronal density enable the use of in vivo noninvasive imaging techniques to monitor neuronal activities of up to ∼500 cells within the central nervous system, still with single-cell resolution. This article describes a method for simultaneously monitoring spontaneous and visually evoked activities of large populations of neurons in the optic tectum of the zebrafish larva, using a synthetic calcium dye (Oregon Green BAPTA-1 AM) and a conventional confocal or two-photon scanning fluorescence microscope, together with a method for measuring the tail motor behavior of the head-immobilized zebrafish larva.