上图为Fosque BF-Science-2015这篇文章的FigS10，是斑马鱼幼鱼在各种环境下的神经活动图。

从左至右为：对照-麻醉-自由泳动-癫痫发作（4-AP诱导的癫痫）-过热的水（45度）- 冰水（4度）

给神经活动来个快照

~将思想的火花定格

在Nature methods上看到一篇报道：Sensors and probes: A snapshot ofactive neurons. 给正在活动的神经元拍个快照。这篇新闻报道的是2015年2月14日发表在Science上的一篇很酷的文章：Fosque BF, Sun Y, Dana H, Yang CT, Ohyama T, et al.2015. Neural circuits. Labeling of active neural circuits in vivo with designedcalcium integrators. Science 347: 755-60

实时观察神经活动已有很多种方法，比如功能核磁共振fMRI，但是fMRI是观察脑区供血以及耗氧量变化，比较间接，分辨率也不够高，大致可以画出一块组织大小，但是不能精确到细胞。动物实验上已经有钙成像的方法，将结合钙离子的荧光分子放入细胞内，当细胞活动时荧光亮度增加。这两种方法都是实时的记录，像摄像。但是这篇文章的作者创造了一种可以将某一刻的神经活动标记，之后通过解剖切片，勾勒出整个神经回路，这就像拍照（snapshot），咔嚓一下就把此刻的思绪定格。

作者的实验设计是这样的：设计一种荧光蛋白（CaMPARI），在两个条件同时存在时，这种蛋白的荧光会从绿变红。第一个条件是神经处于活动状态细胞内有高浓度的钙离子，第二个条件是有紫外线照射。作者将钙调蛋白calmodulin（CAM）和其结合亚基M13分别连在荧光蛋白两端，当CAM/M13在结合了钙离子后，使整个荧光带白构象发生改变，使内部两个发光集团空间位置变近，此时如果给予紫外线(PC, photoconversion)照射，这两个荧光集团形成新的化学键而导致荧光颜色发生变化。

http://spider.iwr.uni-heidelberg.de/~pimhof/images/research_eosfp_large.jpg

作者的实验设计是很精妙的。神经活动时时刻刻在进行，怎么样确定当下的实验刺激将导致当下的变化呢？作者用施加特定波长（405nm）的紫色光来控制“咔嚓”的时刻。此时此处活动的神经元变成红色，则证明这个神经元参与了处理这个特定的神经刺激的过程，这个神经元就处于这个神经回路当中。

作者在体外培养神经元、斑马鱼幼鱼和果蝇上已经取得非常好的实验结果，神经回路勾勒的很清楚，可惜在小鼠的视觉皮层的记录我个人认为还不是特别理想。因为将CaMPARI导入的方法是AAV1-synapsin1-CaMPARI病毒载体，在视皮层的扩散范围有限，也不能保证100%感染。另外激发光是紫光，作为短波长的光，穿透力是有限的。我想这也是为什么他们记录的是视皮层2/3层，这个皮层是很表面的位置。如果是埋藏在头颅内部的海马皮层，或者脑干组织就很困难。

当然，这只是个动物实验，对人类大脑的研究当然不能用这个方法，因为这涉及到在人体组织表达荧光蛋白。

最后，我还是非常佩服作者的创造力的，读这篇文章我感到非常兴奋，现在已经很少有这样的文章了。

我在journal club上也介绍这篇文章。听众主要的着眼点在PC光的时间上。在斑马鱼大面积神经回路上使用的刺激时间是10秒。大家都说太慢了。就不是快照了。后来我仔细看看，在小鼠神经元上使用的是半秒（500ms），一般拍个照暗点的条件也是比较接近的，因此可以说是快照了。