Stable Diffusion
神经科学可以变得更枯燥一点 。放慢一点 ， 给我们一个追赶的机会 。一个把所有的东西都吸收进去的机会 。但是洪流没有减弱的迹象 。所以这里有一些我从汹涌的洪水中捡到的闪亮的鹅卵石 ， 拿到灯光下给你们看 。
【2022神经科学年度回顾】那么 ， 让我们开始深入探讨 。我们有技术上的进步 ， 从据称可以看到活人大脑神经元发出的尖峰的神经成像技术 ， 到记录在蛋白质中的神经活动的诱人步骤 。我们还深入了解了大脑如何应对不理想的情况 。
在fMRI中看到峰值几十年来 ， fMRI一直是观察完整人脑活动的最佳方式 。但它的局限性令人沮丧：它只是一种代理 ， 报告的是活动神经元可能需要的富氧血液的流动 ， 而不是神经元本身的活动；它是模糊的 ， 在一个普通的扫描仪中 ， 报告的是多达100000个神经元的大脑 ， 而在最强的扫描仪中 ， 也只有1000个神经元；它的速度很慢 ， 因为它测量的血液信号每秒钟变化一次 ， 但是神经元以毫秒级的时间触发 ， 所以它们的活动模式是不可见的 。 今年 ， Jang-Yeon Park和 Jeehyn Kwag的团队在《科学》杂志上报道了一种 fMRI信号 ， 如果是真的 ， 可以克服所有这些问题：它可以在更精细的时间和空间尺度上直接报告神经元的活动 。
他们展示了一些令人信服的证据 。在小鼠的胡须被梳毛后 ， 这个信号的峰值与皮层中的放电活动的峰值一致 ， 而这些活动的峰值仅仅发生在微调后的25毫秒 。当使用光遗传学技术直接驱动神经元放电时 ， 信号和放电活动也一致 。该信号还可以解析出大脑节和皮层之间相隔15毫秒左右的不同放电活动峰值 。 粗略计算 ， 他们发现的信号变化在10ms的数量级上 ， 可以解析到0.22毫米 。
但也有一些注意事项值得注意 。首先 ， 还没有确定这个信号从何而来：究竟数百或数千个神经元的电压变化如何能够强大到足以被检测到的程度 。 它还需要一个超强的扫描仪(9.4 T) 。其次 ， 它需要反复的试验来建立信号 ， 因此不能用于观察自发活动或正在进行的行为 。因此 ， 实验对象在扫描仪里不能动弹 ， 最好是麻醉状态 。 比如说一条死鱼 。
如果一切都能得以实现 ， 那科学可以取得多么大的成就啊 。
神经元的列队游行回到动物神经科学的领域 ， 记录单个神经元活动已不是什么新鲜事 。几十年前 ， 植入大脑的电极和显微镜已经被用来捕捉这些有趣的放电 。 但是 ， 科幻小说中的场景是一种在整个大脑中记录神经元活动长达数周或数月的方法 ， 而不需要植入任何东西 。为了跟踪动物的发育、学习、衰老；为了让动物按照自己的意愿行事 ， 从枯燥的实验室任务中解脱出来——观察这些移动的点 ， 按下这个按钮 ， 拉下这个杠杆——并在它们做这些动作时捕捉它们大脑的活动 。其中一个很棒的想法是记号纸带 。
记号纸带是一种思维实验 ， 它使用某种不断增长的分子作为神经元中事件的时间标记 ， 然后在实验结束时对该分子进行排序以恢复事件的顺序：通常是某种DNA 。现在 ， Adam Cohen和他的朋友们的一份预印本向我们展示了这种记号纸带想法的原理 。他们发现了一种蛋白质 ， 它可以在哺乳动物细胞中以恒定的 ， 缓慢的速度增长 ， 而且其中的孔正好适合神经活动的荧光标记物 。 他们发现 ， 蛋白质不仅在神经元中生长 ， 而且当在不同的时间点激活荧光标记时 ， 只需检查标记在蛋白质上发光的位置 ， 就可以读出事件序列 。他们还发现 ， 生长蛋白质和荧光标记的组合可以编码c-Fos的表达 ， 当神经元持续激活时 ， c-Fos基因会快速且短暂地转录 。这些都是初步的步骤：荧光标记是由染料激活的 ， 而不是神经活动激活的；时间分辨率是2小时；c-Fos在培养的神经元中被一种药物明确地激活 。尽管如此 ， 这是第一步！
而且并非没有先例：在描述活动的分子标签被设想出来的同时 ， 也在想象等效的分子机制来发现神经元之间的联系 。这是一个思想实验：提取一个独特的DNA条形码 ， 将其注射到每个神经元中 ， 然后对大脑进行切片 ， 对DNA进行测序 ， 以发现每个神经元将轴突发送到何处 。现在 ， 这就是现实：Tony Zador的团队开发了神经元的条形码RNA ， 并从此用它来追踪视觉皮层中单个神经元的详细联系 。 所以 ， 如果在十年左右的时间里 ， 连接的条形码已经从思想实验变成了一个完全实现的过程 ， 那么在十年结束之前 ， 我们还能看到条形码吗？请拭目以待 。
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