大腦有一種隱藏的語言，科學家剛剛發現它

這種新工具可以在這些精確的化學信息到達時對其進行檢測，從而使研究人員能夠了解長期隱藏的大腦通訊部分。

為什麼這個發現很重要？

監測傳入信號的能力使科學家能夠研究神經元如何處理信息。每個腦細胞都會接收數千個輸入，這些信號的組合方式決定它們是否產生輸出。這個過程被認為是決策、思想和記憶的基礎，直接研究它可以幫助解釋大腦如何執行複雜的計算。

這一進展也為疾病研究開闢了新途徑。谷氨酸信號傳導問題與阿爾茨海默病、精神分裂症、自閉症、癲癇等疾病有關。通過更精確地測量這些信號，研究人員或許能夠查明這些疾病的生物學根源。

藥物開發也可能是有益的。製藥公司可以使用這些傳感器來觀察實驗治療如何影響真正的突觸活動，這可能有助於加快尋找更有效的治療方法。

介紹強大的谷氨酸傳感器

該蛋白質是由艾倫研究所和霍華德休斯醫學研究所珍妮莉亞研究園區的研究人員設計的。它被稱為 iGluSnFR4（發音為“glue sniff”），充當分子“谷氨酸指示劑”。其靈敏度甚至可以檢測神經元之間交換的最弱的輸入信號。

通過揭示谷氨酸釋放的時間和地點，iGluSnFR4 提供了一種新方法來解釋支持學習、記憶和情感的大腦活動的複雜模式。它使科學家能夠實時觀察大腦內神經元的通信。該研究結果最近發表在《自然方法》雜誌上，可能會極大地改變神經科學研究中測量和分析神經活動的方式。

腦細胞如何溝通？

為了了解這一進展的影響，了解神經元如何相互作用是有用的。大腦包含數十億個神經元，它們通過沿著稱為軸突的分支狀結構發送電信號來進行通信。當電信號到達軸突末端時，它無法穿過小間隙到達下一個神經細胞，即突觸。

相反，該信號會觸發突觸釋放神經遞質。谷氨酸是這些化學信使中最常見的，在記憶、學習和情感中發揮著關鍵作用。當谷氨酸到達下一個神經細胞時，它會導致該細胞放電，從而繼續通訊鏈。

從部分對話到完整對話

這個過程可以比作倒下的多米諾骨牌，但要復雜得多。每個神經元接收來自數千個其他細胞的輸入，並且只有某些活動組合和模式才會刺激接收神經元放電。使用新的蛋白質傳感器，科學家現在可以識別觸發該反應的傳入活動模式。

到目前為止，在活體腦組織中觀察這些傳入信號幾乎是不可能的。以前的技術太慢，或者缺乏測量單個突觸活動所需的靈敏度。結果，研究人員只能看到部分溝通過程，而看不到完整的交流。這種新方法使他們能夠捕捉整個對話。

了解神經連接

該研究的主要作者、艾倫研究所的資深科學家 Kaspar Podgorski 博士說：“這就像讀一本所有單詞都組合在一起的書，卻無法理解單詞的順序或它們的排列方式。” “我覺得我們在這裡所做的就是在這些神經元之間添加連接，通過這樣做，我們現在了解了頁面上單詞的順序以及它們的含義。”

在 iGluSnFR4 等蛋白質傳感器出現之前，研究人員只能測量來自神經元的信號。這在理解上留下了巨大的空白，因為傳入的信號太快且太微弱而無法被檢測到。

“神經科學家有很好的方法來測量神經元之間的結構連接，在單獨的實驗中，我們可以測量大腦中的一些神經元在說什麼，但我們並不擅長將這兩種類型的信息結合起來，”波德戈爾斯基說。 “很難測量神經元對其他神經元說的話。” “我們在這裡發明的是一種測量從不同來源進入神經元的信息的方法，這是神經科學研究中一個重要的缺失部分。”

這一突破背後的合作

“iGluSnFR4 的成功源於我們在 HHMI 珍妮莉亞研究園開始的 GENIE 項目團隊和 Caspar 實驗室之間的密切合作。這項研究擴展了艾倫研究所神經動力學小組所做的大量體內表徵工作，”霍華德休斯醫學研究所珍妮莉亞研究園的科學家 Jeremy Haseman 博士說。 “這是實驗室和研究所之間合作實現神經科學新發現的一個很好的例子。”

大腦功能的新窗口

這一發現通過直接觀察神經元如何接收信息來克服現代神經科學的主要局限性之一。現在，研究人員可以通過 Addgene 獲得 iGluSnFR4，科學家們擁有了一個強大的新工具來更詳細地探索大腦功能。隨著這項技術的傳播，它可能有助於揭開大腦中一些最持久問題的答案。