Cell：动态分析脑神经活动的工具被发现
2016-03-04 MedSci MedSci原创
大脑内到底有多少种神经元，数十年来这个问题一直困扰着科学家们。哥伦比亚大学的研究人员在本期Cell杂志上发表两篇文章，向人们展示了一种能够全面鉴定神经元类型的新方法。这种方法将成为强大的神经学研究工具，帮助人们定量分析大脑所有区域的神经元多样性。“我们把基础细胞特征与统计模型结合起来，评估中枢神经系统特定区域的神经元种类，”文章资深作者Thomas M. Jessell博士说。“随着这个方法的进一
大脑内到底有多少种神经元，数十年来这个问题一直困扰着科学家们。哥伦比亚大学的研究人员在本期Cell杂志上发表两篇文章，向人们展示了一种能够全面鉴定神经元类型的新方法。这种方法将成为强大的神经学研究工具，帮助人们定量分析大脑所有区域的神经元多样性。
“我们把基础细胞特征与统计模型结合起来，评估中枢神经系统特定区域的神经元种类，”文章资深作者Thomas M. Jessell博士说。“随着这个方法的进一步完善，人们将能解析任何神经回路的基本成员。在这一水平上理解大脑，有助于解决神经回路及其功能的关键性问题。”
中间神经元的主要功能是形成神经元之间的连接。如果将人体比作是牵线木偶，运动神经元就是木偶身上的线，而中间神经元决定着拉线的顺序。此前有研究显示，V1中间神经元塑造了运动神经元的活性，不过人们还不清楚它们的具体作用机制。为此，研究人员对脊髓中的V1中间神经元进行了深入研究。
众所周知，每一个神经元的基因组是完全相同的，但不同神经元启动和关闭不同的基因。这些基因活性差异就像指纹一样，标志着神经元的身份。掌握神经元的“指纹”，就能根据这一点区分不同类型的神经元。这些信息对于神经系统的功能研究非常关键。
研究人员在小鼠脊髓的V1中间神经元中鉴定了19个转录因子。这些转录因子在不同类型的V1中间神经元中以特定的组合激活。随后，他们需要把转录因子的激活模式与中间神经元的类型配对起来。这用传统实验技术是比较困难的，但研究人员建立的统计模型可以做到这一点。
中间神经元的主要功能是形成神经元之间的连接。如果将人体比作是牵线木偶，运动神经元就是木偶身上的线，而中间神经元决定着拉线的顺序。此前有研究显示，V1中间神经元塑造了运动神经元的活性，不过人们还不清楚它们的具体作用机制。为此，研究人员对脊髓中的V1中间神经元进行了深入研究。
众所周知，每一个神经元的基因组是完全相同的，但不同神经元启动和关闭不同的基因。这些基因活性差异就像指纹一样，标志着神经元的身份。掌握神经元的“指纹”，就能根据这一点区分不同类型的神经元。这些信息对于神经系统的功能研究非常关键。
研究人员在小鼠脊髓的V1中间神经元中鉴定了19个转录因子。这些转录因子在不同类型的V1中间神经元中以特定的组合激活。随后，他们需要把转录因子的激活模式与中间神经元的类型配对起来。这用传统实验技术是比较困难的，但研究人员建立的统计模型可以做到这一点。
研究人员用这个模型鉴别了50种不同的V1中间神经元。研究显示，该模型不仅可以确定V1中间神经元的种类，还可以推断它们在脊髓中的精确位置。研究人员正在进一步改良这一体系，以便用于神经系统的其他部分。
电活性是神经元的基本特征，但科学家们最近发现这种属性并不是一成不变的，研究显示，增强或减弱中间神经元的活性，会引发分子水平上的改变，最终加快或延迟细胞放电。相关论文发表在九月十日的Science杂志上。 研究人员指出，在成年小鼠的大脑皮层中神经元属性是动态改变的，这将对神经连接组学产生重要影响。这类研究通常默认神经元有固定的身份和功能，但研究者们现在需要考虑神经元属性的可变性。
霍华德•休斯医学研究所的科学家们开发了一个革命性的新工具，可以在动物大脑中永久性标记神经元活动。在神经元激发钙离子流入时，这个工具（荧光蛋白CaMPARI）会从绿色变为红色。此前，研究者们需要在正确的时间用显微镜聚焦正确的细胞才能观察到神经元活动，现在这个永久性的荧光标记为他们带来了解放。CaMPARI能够超越显微镜视场的限制，帮助人们分析大范围脑组织的神经活动。这个新工具还允许人们在更复杂的行为中成像神经活动，因为它可以用于自由活动的动物。
2015年8月多伦多大学的研究人员在Science杂志上发表文章指出，我们人类成为地球上最聪明的动物得益于一个关键性分子事件。在脊椎动物中，大脑的大小和复杂程度存在着很大的差异。举例来说，人类和青蛙已经独立演化了三亿五千万年，其大脑功能已经有天壤之别。那么这巨大的差距是如何形成的呢？研究显示，PTBP1蛋白的选择性剪切控制着神经元的生成，帮助哺乳动物进化出更大更复杂的大脑。
原始出处：
Jay B. Bikoff,et al. Spinal inhibitory interneuron diversity delineates variant motor microcircuits.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.01.027
Mariano I. Gabitto,et al.Bayesian sparse regression analysis documents the diversity of spinal inhibitory neurons.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.01.026
Mariano I. Gabitto,et al.Bayesian sparse regression analysis documents the diversity of spinal inhibitory neurons.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.01.026
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