新型生物傳感器：讓腦細胞閃閃發光

寂靜天花板

有一種最新型的生物發光傳感器，可以讓單個的腦細胞像螢火蟲那樣，在黑暗中閃閃發光熠熠生輝。
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$ y% i& D+ T* G( i這其實是一種新型的研究手段，由美國范德堡大學的一組科學家通過對熒光素酶這種生物酶進行基因改造而發明出來。很多生物，比如螢火蟲，之所以會發光就是利用了這種酶。該研究成果已經發表在10月27日的《自然通訊》期刊上。
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& a1 L0 s$ M0 b# c* X% w4 K9 [那么，這種研究方法可以用來做什么呢？答案是：追蹤大腦中大型神經網絡的內部互動情況。
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  j) R9 m6 F/ K6 ~1 s研究小組領頭人Carl Johnson教授說：“長期以來，神經系統科學家依靠電訊號紀錄神經元的活動。該方式雖然能起到很好的檢測效果，但卻只能用于少量神經元。而我們的新方法可以使用光學技術，同時記錄數百個神經元的活動。”
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( G% e1 k" ?) a# _6 v其實光學手段此前也并不罕見，“光學紀錄的方式一般使用熒光，這需要很強烈的外部光源。它帶來的副作用就是引起生物組織發熱并且直接一些生物進程，尤其是那些光敏感的活動。”

4 P- C9 P- t! e; U! S3 t7 I+ ]Johnson教授和同事對“一種小型生物體，此前乏人關注的綠藻衣原體”的生物發光研究，讓他們意識到：如果他們把發光現象和光遺傳學相結合，就可以創造一種新的生物手段，通過光來控制活體組織中的細胞，尤其是神經元細胞——這將成為研究大腦活動的強有力新型武器。
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$ z+ g( t7 j  O& y# U  W* g“新的方法能在黑暗中發光（works in the dark）！”
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! J/ Q9 F# r( r- b  b3 F5 g具體如何使用這種方法呢？教授把發光感應器附在一種病毒上，該病毒可以感染神經元，這樣感應器就進入了神經元細胞內部。聽起來還蠻嚇人的對不對？
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0 N1 H) D7 K8 \9 j* |4 Y4 k然后研究人員選擇鈣離子作為神經元活動的信號標志。首先，感應器一旦遇到鈣離子就會發光；其次，鈣離子參與神經元的活化過程——神經元外的周圍環境中鈣含量往往較高，但是細胞內部含量很低，但是在神經元受到來自“鄰居（另一個神經元）”的刺激時，鈣含量會短暫達到尖峰水平。

- G0 f- {: k) e4 o, a6 q3 [# B' {接著教授他們測試了該方法對大規模神經元們效果如何。他們把感應器插入老鼠海馬體的大腦切片（含有數千個神經元）中，然后加入調高濃度的鉀離子，這導致細胞的離子通道打開，并且鈣離子含量也會產生變化。然后他們發現傳感器通過增亮和變暗來響應鈣濃度的變化 —— 這證明感應器對一群神經元能同樣起到檢測作用。
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看這幅照片，神經元被感應器發出的光芒點亮，想不想茫茫宇宙中一顆耀眼的星星？本來人體中就蘊含著浩如煙海的未解之謎，希望這個頗具傳奇色彩的發現能帶給人類更多答案。
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大陸架

驚訝之美！