马萨诸塞州剑桥市-当神经元发出电脉冲时，它们还会经历大量的钙离子。通过测量这些激增，研究人员可以间接监视神经元活动，帮助他们研究单个神经元在许多不同大脑功能中的作用。

该技术的一个缺点是轴突和树突产生的串扰从邻近的神经元延伸而来，这使得从正在研究的神经元中获得独特信号变得更加困难。麻省理工学院的工程师们现在已经开发出一种解决该问题的方法，方法是创建仅在神经元体内蓄积的钙指示剂或传感器。

“人们正在使用钙指示剂来监测大脑许多部位的神经活动，”爱德华·唐·伊登(E. Tan Tan)神经技术教授，麻省理工学院生物工程学以及大脑和认知科学教授说。“现在，他们可以获得更好的结果，获得更精确的神经记录，减少了串扰的污染。”

为了实现这一目标，研究人员将一种常用的钙指示剂GCaMP融合到了将其靶向细胞体的短肽上。研究人员说，这种新分子被研究人员称为SomaGCaMP，可以很容易地整合到现有的钙成像工作流程中。

博伊登(Boyden)是这项研究的资深作者，该研究今天发表在《神经元》上。该论文的主要作者是研究科学家Or Shemesh，博士后Changyang Linghu和前博士后Kiryl Piatkevich。

分子聚焦

GCaMP钙指示剂由附着在称为钙调蛋白的钙结合蛋白和称为M13肽的钙调蛋白结合蛋白上的荧光蛋白组成。当GCaMP与大脑中的钙离子结合时发出荧光，从而使研究人员可以间接测量神经元的活性。

“钙易于成像，因为当神经元活跃时，钙会从细胞内的低浓度转变为高浓度，”也是麻省理工学院麦戈文脑科学研究所，媒体实验室成员的博伊登说。科赫综合癌症研究所。

检测这些荧光信号的最简单方法是使用一种称为单光子显微镜的成像方法。这是一种相对便宜的技术，可以高速成像大型大脑样本，但缺点是它会拾取相邻神经元之间的串扰。GCaMP进入神经元的所有部分，因此来自一个神经元轴突的信号可能看起来像是来自邻居的细胞体一样，从而降低了信号的准确性。

一种更昂贵的技术，称为双光子显微镜技术，可以通过将光非常狭窄地聚焦到单个神经元上而部分地克服了这一问题，但是这种方法需要专门的设备，而且速度也较慢。

博伊登的实验室决定采用另一种方法，即修改指示器本身而不是成像设备。

“我们认为，如果不对光束进行光学聚焦，那么如果我们对指示器进行分子聚焦呢?”他说。“很多人使用诸如两光子显微镜之类的硬件来清理成像。我们正在尝试构建其他人对硬件所做的事情的分子版本。”

在去年发表的一篇相关论文中，博伊登和他的同事使用了一种类似的方法来减少直接成像神经元膜电压的荧光探针之间的串扰。同时，他们决定尝试类似的钙成像方法，这是一种使用更为广泛的技术。