研究人員日前第一次在活的生物體（秀麗隱桿線蟲，Caenorhabditis elegans）內(nèi)對所有的神經(jīng)細胞活動進行了成像。5月18日發(fā)表在《自然—方法學(xué)》雜志上的這一成就展示了神經(jīng)信號是如何實時穿過生物體的。

    早在1986年，科學(xué)家便已經(jīng)繪制了線蟲全部302個神經(jīng)細胞的連接圖——這是第一個并且迄今為止也沒有在其他任何生物體中重復(fù)實現(xiàn)的成就。

    但是這張“線路圖”并不能幫助科學(xué)家確定導(dǎo)致一個特定行為的神經(jīng)細胞路徑。奧地利維也納大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Alipasha Vaziri還指出，研究人員也無法依據(jù)該連接圖預(yù)測線蟲在任何時間點上將要做什么。而通過提供一種方法，以三維和實時的方式展示神經(jīng)細胞之間的信號活動，這項新技術(shù)將使得科學(xué)家能夠?qū)崿F(xiàn)上述兩個目標(biāo)。

    Vaziri及其同事于是對秀麗隱桿線蟲進行了基因改造，使得當(dāng)一個神經(jīng)細胞被激活并且有鈣離子穿越其細胞膜時，整個神經(jīng)細胞將會被點亮。

    為了捕捉這些信號，研究人員利用一項名為光場解卷積顯微術(shù)的技術(shù)對整個線蟲進行了成像。這種技術(shù)將來自一組微透鏡的圖像整合在一起，并利用一種算法對其進行分析，從而得到一個高分辨率的三維圖像。研究人員每秒鐘攝制了多達50張的整個線蟲的圖像，從而使得他們能夠觀測秀麗隱桿線蟲大腦、中樞神經(jīng)干以及尾部的神經(jīng)細胞活動。

    接下來，研究人員利用這項技術(shù)分析了透明的斑馬魚（Danio rerio）幼體——隨著斑馬魚對泵入水中的化學(xué)物質(zhì)的氣味作出響應(yīng)，他們對這種小魚的整個大腦進行了成像。在這種技術(shù)的幫助下，研究人員能夠同時捕捉約5000個神經(jīng)細胞的活動（斑馬魚大約一共有10萬個神經(jīng)細胞）。

    美國弗吉尼亞洲奧詩伯恩市霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所珍利亞農(nóng)場研究園區(qū)的神經(jīng)生物學(xué)家Misha Ahrens 表示：“線路圖和神經(jīng)細胞活動是完全互補的。通過觀察一個或另一個神經(jīng)細胞，你不會理解整個神經(jīng)系統(tǒng)。”利用線路圖繪制神經(jīng)信號如何在神經(jīng)細胞之間游走，將使得研究人員得以查明每個單獨的神經(jīng)細胞所扮演的角色。 Ahrens 說：“這里再也沒有隱藏的變量。”

    2013年，通過將一片光穿過動物的組織， Ahrens 的研究小組利用一種顯微鏡技術(shù)對整個斑馬魚大腦的活動進行了成像。然而新的技術(shù)則要快得多——它能夠使研究人員每秒鐘拍攝的圖像數(shù)增加100倍。

    這項研究的合作者、劍橋市麻省理工學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)家Edward Boyden表示，研究人員接下來將用這項技術(shù)確定神經(jīng)細胞如何對某一種**作出響應(yīng)，進而建立模型。他同時還希望改善這項技術(shù)的速度以及分辨率，目的是能夠?qū)Ω蟮慕M織進形成像，例如哺乳動物的大腦。

    秀麗隱桿線蟲是一種無毒無害、可以***生存的線蟲。其個體小，成體僅1.5mm長，為雌雄同體，雄性個體僅占群體的0.2%，可自體受精或雙性生殖；在20℃下平均生活史為3.5天，平均繁殖力為300至350個；但若與雄蟲交配，可產(chǎn)生多達1400個以上的后代。自1965年起，科學(xué)家便利用線蟲作為分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)研究領(lǐng)域的模式生物。