著名華人科學家Cell子刊細胞研究新技術

　　由麻省理工學院的神經科學家領導的一個研究小組開發出了一種新方法來監控腦細胞是如何相互協調控制如啟動動作或探測氣味等特異行為的。這項新的成像技術是基于檢測神經元中的鈣離子，可以幫助他們繪制出執行這些功能的腦回路，并提供關于自閉癥、強迫癥和其他精神疾病起因的新認識。相關論文發表在10月18日的《神經元》(Neuron)雜志上。

　　領導這一研究的是著名華人學者、杜克大學神經生物學系教授馮國平(Guoping Feng)。其早年畢業于浙江醫科大學，后赴美國華盛頓大學師從著名生物學家Josh Sanes從事博士后研究。期間系統揭示了乙酰膽堿能神經突觸的發育機理，同時創建了為神經生物學界廣泛應用的綠色熒光蛋白轉基因小鼠模型(GFP transgenic mice)。2010年起受聘于麻省理工學院，科研論文科研論文曾在Cell, Science, Neuron, Nature Neuroscience等頂級生物學雜志上發表。在美期間，十多次獲得學術嘉獎，包括　Alfred Sloan Research Fellowship, Broad Scholar Award, Mcknight Neuroscience of Brain Disorders Award等。

　　馮國平教授說：“要了解精神疾病，我們必須要研究動物模型，從而弄清楚當動物行為異常時大腦中發生的事件。這是一個非常強有力的工具，將實實在在地幫助我們了解這些疾病的動物模型，研究大腦在正常及疾病狀態是如何發揮功能的。”

　　執行任何的腦功能都需要大腦不同部位的大量神經元進行相互溝通。它們通過發送電信號，啟動鈣離子流入活性細胞來實現這種溝通。利用與鈣離子結合的染料，研究人員曾經對神經元中的神經活動進行了成像觀測。然而由于大腦中包含成千上萬的細胞類型，每種均具有不同的功能，染料被細胞非選擇性吸收，利用這種方法無法精確確定特異細胞類型中的鈣離子。

　　為了克服這一問題，麻省理工學院領導的研究小組利用一種綠色熒光蛋白(GFP)構建出可以靶向特異細胞類型的鈣離子成像系統。日本斡翊笱 УJunichi Nakai第一個開發了一種當結合鈣離子時就會被激活的GFP，論文的作者之一、霍華德休斯醫學研究所的Loren Looger改良了這一蛋白使得它的信號強到可適用于活體動物。

　　麻省理工學院的研究人員隨后對小鼠進行了遺傳工程操作，通過將基因與只在小鼠錐體細胞中具有活性的一種調控性DNA序列配對，使得錐體細胞表達這一蛋白。利用雙光子顯微鏡以高速及高分辨率進行成像，研究人員可以確定當大腦正執行一項特定任務或對某種刺激做出反應時的活性錐體細胞。

　　在這一研究中，研究人員精確地找到了當小鼠胡須被觸動以及嗅覺細胞對某些香氣做出反應時激活的軀體感覺皮層細胞。

　　研究人員現正開發一種表達這一鈣離子敏感性蛋白，且表現自閉癥行為及強迫癥癥狀的小鼠。研究人員打算利用這些小鼠來了解不同于正常小鼠的神經元激發模式。這可能有助于準確確定細胞水平上出現的錯誤，提供對這些疾病機制的新認識。

　　馮國平教授說：“現在我們只知道神經元間通訊的缺陷在精神疾病中起重要的作用。但我們并不知道這些缺陷確切的性質，以及有關的特異細胞類型。如果我們知道哪些細胞類型是不正常的，我們就可以找到方法來糾正異常的激發模式。”

　　研究人員還計劃將他們的成像技術與光遺傳學相結合，使得他們能夠利用光來開啟或關閉特異的神經元類型。通過激活特異的細胞，然后觀察靶細胞中的反應，他們將能夠精確地繪制大腦回路。