神奇的傳感器：讓腦細(xì)胞像螢火蟲一樣發(fā)光

　　有一種最新型的生物發(fā)光傳感器，可以讓單個(gè)的腦細(xì)胞像螢火蟲那樣，在黑暗中閃閃發(fā)光熠熠生輝。

　　這其實(shí)是一種新型的研究手段，由美國(guó)范德堡大學(xué)的一組科學(xué)家通過(guò)對(duì)熒光素酶這種生物酶進(jìn)行基因改造而發(fā)明出來(lái)。很多生物，比如螢火蟲，之所以會(huì)發(fā)光就是利用了這種酶。該研究成果已經(jīng)發(fā)表在10月27日的《自然通訊》期刊上。

　　那么，這種研究方法可以用來(lái)做什么呢?答案是：追蹤大腦中大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部互動(dòng)情況。

　　研究小組領(lǐng)頭人Carl Johnson教授說(shuō)：“長(zhǎng)期以來(lái)，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家依靠電訊號(hào)紀(jì)錄神經(jīng)元的活動(dòng)。該方式雖然能起到很好的檢測(cè)效果，但卻只能用于少量神經(jīng)元。而我們的新方法可以使用光學(xué)技術(shù)，同時(shí)記錄數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。”

　　其實(shí)光學(xué)手段此前也并不罕見，“光學(xué)紀(jì)錄的方式一般使用熒光，這需要很強(qiáng)烈的外部光源。它帶來(lái)的副作用就是引起生物組織發(fā)熱并且直接一些生物進(jìn)程，尤其是那些光敏感的活動(dòng)。”

　　Johnson教授和同事對(duì)“一種小型生物體，此前乏人關(guān)注的綠藻衣原體”的生物發(fā)光研究，讓他們意識(shí)到：如果他們把發(fā)光現(xiàn)象和光遺傳學(xué)相結(jié)合，就可以創(chuàng)造一種新的生物手段，通過(guò)光來(lái)控制活體組織中的細(xì)胞，尤其是神經(jīng)元細(xì)胞——這將成為研究大腦活動(dòng)的強(qiáng)有力新型武器。

　　“新的方法能在黑暗中發(fā)光(works in the dark)!”

　　具體如何使用這種方法呢?教授把發(fā)光感應(yīng)器附在一種病毒上，該病毒可以感染神經(jīng)元，這樣感應(yīng)器就進(jìn)入了神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)部。聽起來(lái)還蠻嚇人的對(duì)不對(duì)?

　　然后研究人員選擇鈣離子作為神經(jīng)元活動(dòng)的信號(hào)標(biāo)志。首先，感應(yīng)器一旦遇到鈣離子就會(huì)發(fā)光;其次，鈣離子參與神經(jīng)元的活化過(guò)程——神經(jīng)元外的周圍環(huán)境中鈣含量往往較高，但是細(xì)胞內(nèi)部含量很低，但是在神經(jīng)元受到來(lái)自“鄰居(另一個(gè)神經(jīng)元)”的刺激時(shí)，鈣含量會(huì)短暫達(dá)到尖峰水平。

　　接著教授他們測(cè)試了該方法對(duì)大規(guī)模神經(jīng)元們效果如何。他們把感應(yīng)器插入老鼠海馬體的大腦切片(含有數(shù)千個(gè)神經(jīng)元)中，然后加入調(diào)高濃度的鉀離子，這導(dǎo)致細(xì)胞的離子通道打開，并且鈣離子含量也會(huì)產(chǎn)生變化。然后他們發(fā)現(xiàn)傳感器通過(guò)增亮和變暗來(lái)響應(yīng)鈣濃度的變化 —— 這證明感應(yīng)器對(duì)一群神經(jīng)元能同樣起到檢測(cè)作用。

　　看這幅照片，神經(jīng)元被感應(yīng)器發(fā)出的光芒點(diǎn)亮，想不想茫茫宇宙中一顆耀眼的星星?本來(lái)人體中就蘊(yùn)含著浩如煙海的未解之謎，希望這個(gè)頗具傳奇色彩的發(fā)現(xiàn)能帶給人類更多答案。