新型生物传感器：让脑细胞闪闪发光

寂静天花板

有一种最新型的生物发光传感器，可以让单个的脑细胞像萤火虫那样，在黑暗中闪闪发光熠熠生辉。



6 S' L3 s9 ^" E8 A; y2 @+ M6 Y这其实是一种新型的研究手段，由美国范德堡大学的一组科学家通过对荧光素酶这种生物酶进行基因改造而发明出来。很多生物，比如萤火虫，之所以会发光就是利用了这种酶。该研究成果已经发表在10月27日的《自然通讯》期刊上。

' J8 h. c; _' b: n1 M# @
' [  B" ]* s3 o9 d! `
4 m4 A8 J% U+ E6 }- T那么，这种研究方法可以用来做什么呢？答案是：追踪大脑中大型神经网络的内部互动情况。

  C% `+ }- E4 a- ], Z- e研究小组领头人Carl Johnson教授说：“长期以来，神经系统科学家依靠电讯号纪录神经元的活动。该方式虽然能起到很好的检测效果，但却只能用于少量神经元。而我们的新方法可以使用光学技术，同时记录数百个神经元的活动。”

% k4 d% i, w( H; `

其实光学手段此前也并不罕见，“光学纪录的方式一般使用荧光，这需要很强烈的外部光源。它带来的副作用就是引起生物组织发热并且直接一些生物进程，尤其是那些光敏感的活动。”

0 p7 @! L/ P  B" c# AJohnson教授和同事对“一种小型生物体，此前乏人关注的绿藻衣原体”的生物发光研究，让他们意识到：如果他们把发光现象和光遗传学相结合，就可以创造一种新的生物手段，通过光来控制活体组织中的细胞，尤其是神经元细胞——这将成为研究大脑活动的强有力新型武器。
7 a" L% h7 L, `7 N. E6 z
* t( q  P# ?1 M3 |- Q

“新的方法能在黑暗中发光（works in the dark）！”
; I' q- w* |+ H1 ]: W
0 a9 g2 y! T- o# c具体如何使用这种方法呢？教授把发光感应器附在一种病毒上，该病毒可以感染神经元，这样感应器就进入了神经元细胞内部。听起来还蛮吓人的对不对？

然后研究人员选择钙离子作为神经元活动的信号标志。首先，感应器一旦遇到钙离子就会发光；其次，钙离子参与神经元的活化过程——神经元外的周围环境中钙含量往往较高，但是细胞内部含量很低，但是在神经元受到来自“邻居（另一个神经元）”的刺激时，钙含量会短暂达到尖峰水平。
. Q4 s, @' v6 v0 R# k2 |3 G; E
接着教授他们测试了该方法对大规模神经元们效果如何。他们把感应器插入老鼠海马体的大脑切片（含有数千个神经元）中，然后加入调高浓度的钾离子，这导致细胞的离子通道打开，并且钙离子含量也会产生变化。然后他们发现传感器通过增亮和变暗来响应钙浓度的变化 —— 这证明感应器对一群神经元能同样起到检测作用。


# w( @1 S& ~- x+ Z% V8 Q$ r
; a" D( v# T# L6 C1 P  {看这幅照片，神经元被感应器发出的光芒点亮，想不想茫茫宇宙中一颗耀眼的星星？本来人体中就蕴含着浩如烟海的未解之谜，希望这个颇具传奇色彩的发现能带给人类更多答案。

大陆架

惊讶之美！