近日，來自國外的神經(jīng)科學(xué)家開發(fā)了一種新方法，可以實時觀察大腦中化學(xué)信使的水平起伏狀況，同時研究者們還能夠觀察到當(dāng)小鼠對聲音產(chǎn)生反應(yīng)流口水時大腦中神經(jīng)遞質(zhì)水平的激增，就像巴浦洛夫的狗一樣，一聽到鈴響，就會分泌唾液。

這項研究發(fā)表在8月22日在費(fèi)城舉辦的美國化學(xué)協(xié)會年會上，研究人員利用這種新技術(shù)就可以幫助闡明神經(jīng)遞質(zhì)的復(fù)雜語言，最終或?qū)椭茖W(xué)家們更好地理解大腦的回路。大腦的電涌現(xiàn)象很容易去追蹤，但檢測驅(qū)動這一活性產(chǎn)生的化學(xué)信號卻非常困難，即在大腦細(xì)胞和促使大腦細(xì)胞激活之間循環(huán)的神經(jīng)遞質(zhì)，來自MIT的研究者M(jìn)ichael Strano指出，這是大腦中所隱藏的信號網(wǎng)絡(luò)，我們需要利用工具去揭開它神秘的面紗。

熒光安裝（Fluorescence fix）

在大腦的很多結(jié)構(gòu)中，神經(jīng)遞質(zhì)都可以在不能檢測到的極低水平下存在，通常情況下，研究者通過抽取神經(jīng)元之間流動的液體并且在實驗室中分析其內(nèi)容，來監(jiān)測大腦神經(jīng)遞質(zhì)的水平，但這種技術(shù)并不能實時測定神經(jīng)遞質(zhì)的活性。另外一種選擇就是將金屬探針插入到神經(jīng)元之間的空間中來測定當(dāng)神經(jīng)遞質(zhì)接觸金屬探針時神經(jīng)遞質(zhì)所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，但這種探針不能有效區(qū)分在結(jié)構(gòu)上相似的分子，比如多巴胺等，多巴胺主要參與機(jī)體的愉悅感和獎懲機(jī)制，而去甲腎上腺素則參與機(jī)體警覺度的表現(xiàn)。

今年5月份，來自西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的研究者Paul Slesinger和加利福尼亞大學(xué)的David Kleinfeld通過研究報道了一種新方法，該方法可以制造出遺傳修飾化的人類細(xì)胞，而這些修飾后的細(xì)胞則能夠產(chǎn)生用于神經(jīng)遞質(zhì)的人工受體，這些受體都被連接上熒光分子，以便當(dāng)特殊的神經(jīng)遞質(zhì)與其結(jié)合時細(xì)胞就會被點(diǎn)亮。

研究者將名為CNiFERs的細(xì)胞植入到13只小鼠的大腦中，CNiFERs細(xì)胞即為基于神經(jīng)遞質(zhì)熒光工程化受體開發(fā)的細(xì)胞，隨后研究者在小鼠頭蓋骨上開口完全暴露出小鼠的大腦組織，并且將透明的覆蓋物置于開口處，以便他們可以更加清楚地通過顯微鏡實時觀察細(xì)胞的點(diǎn)亮過程。

在5天的時間里，在給予小鼠糖治療之前研究者通過制造聲音來追蹤小鼠，當(dāng)小鼠聽到聲音后很快就會學(xué)會分泌唾液；每天研究者都會記錄來自小鼠大腦中的光信息，從而確定小鼠大腦中神經(jīng)遞質(zhì)釋放的準(zhǔn)確時間；這樣一來研究者就實現(xiàn)了首次觀察到小鼠在聽到聲音后大腦中多巴胺信號水平的激增。

去甲腎上腺素是一種參與機(jī)體警覺反應(yīng)的分子，同時其還被認(rèn)為在機(jī)體學(xué)習(xí)過程中水平會不斷增加，但研究者從來沒有實時地實現(xiàn)過從多巴胺中有效區(qū)分去甲腎上腺素，通過對CNiFERs細(xì)胞進(jìn)行工程化操作使其對每一種神經(jīng)遞質(zhì)都變得特殊，研究者Slesinger和Kleinfeld就通過研究首次發(fā)現(xiàn)，去甲腎上腺素的水平隨著聲音發(fā)生后在可變的時間內(nèi)會達(dá)到峰值，而且不會隨著個體的訓(xùn)練而發(fā)生改變，這就表明，神經(jīng)遞質(zhì)或許會對其它因素或行為反應(yīng)產(chǎn)生響應(yīng)。

利用針對兩種神經(jīng)遞質(zhì)的CNiFERs分離細(xì)胞進(jìn)行研究或許最終可以幫助揭示，是否去甲腎上腺素在個體學(xué)習(xí)和成癮過程中扮演重要角色，以及是否靶向作用去甲腎上腺素的藥物能夠改變機(jī)體的行為。

研究者Strano說道，這種新技術(shù)或許可以改善當(dāng)前的方法，因為其能夠直接對神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行定量，從而代替了通過效應(yīng)來計算神經(jīng)遞質(zhì)水平的方法，而新方法能夠幫助我們進(jìn)行最純粹的檢測。但研究者擔(dān)心的是，遺傳修飾的細(xì)胞或許和天然細(xì)胞的行為不太一樣，如今Strano的實驗室正在對一系列納米管進(jìn)行試驗，當(dāng)這些納米管遇到大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)時其就能夠跨越血腦屏障并且發(fā)光。

但來自加利福尼亞大學(xué)的研究者Lin Tian認(rèn)為，這種技術(shù)的用途或許有限，CNiFERs可以幫助闡明是否諸如多巴胺等分子的總體水平是上升狀態(tài)還是下降狀態(tài)，但其卻并不能幫助揭示神經(jīng)元是發(fā)送信號還是接受信號，這對于繪制復(fù)雜交錯的大腦回路無疑是非常困難的。相反，Lin Tian和其同事目前正在對細(xì)菌的蛋白進(jìn)行修飾以便修飾后的細(xì)菌蛋白能夠結(jié)合神經(jīng)遞質(zhì)并且發(fā)光，而且這種技術(shù)足夠精確以至于能夠檢測出兩個神經(jīng)元之間單個間隙中的谷氨酸鹽信號分子，從而幫助揭示具體參與該過程的確切細(xì)胞的存在。

研究者Tian說道，CNiFERs或許對于基于氨基酸的神經(jīng)肽類非常有用，比如食欲肽（orexin），其主要參與機(jī)體的睡眠和藥物尋求行為，利用一些化學(xué)技術(shù)很難檢測這些大型分子，如今研究者們正在對CNiFERs及其它的神經(jīng)肽類進(jìn)行研究。

所有研究者都想盡力去擴(kuò)大能夠被檢測到的神經(jīng)遞質(zhì)的目錄，研究者Kleinfeld說道，CNiFERs或許并不太可能被用于人類機(jī)體試驗中，因為將細(xì)胞植入到大腦中非常危險，但CNiFERs或許可以被用來檢測藥物是否在小鼠機(jī)體內(nèi)能夠正常工作，同時其還能夠足夠敏感地檢測大腦的功能異常。

原標(biāo)題：新型成像技術(shù)或可對大腦化學(xué)信號實現(xiàn)實時監(jiān)測