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为了解开学习和记忆是如何发生的谜团，约翰·霍普金斯医学院的科学家们创造了一个系统，当动物的胡须被拧动时，这个系统可以同时跟踪老鼠脑细胞之间的数百万个连接，胡须是学习的一个指标
研究人员表示，这种新工具为突触中的脑细胞活动提供了前所未有的视角——突触是两个脑细胞之间的一个微小空间，分子和化学物质在这里来回传递
“能够对大脑中的几乎每一个突触进行成像，并观察行为的变化，这简直是科幻小说，”理查德·胡加尼博士说
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约翰·霍普金斯大学神经科学、心理和脑科学彭博杰出教授，约翰·霍普金斯大学医学院神经科学系主任
这项研究的摘要于10月1日在网上发布
18日，最终形式为11月
25发表在eLife杂志上
研究人员从未想过他们能够看到如此大规模的大脑活动
他们说，在开发这种工具之前，他们观察脑细胞活动的能力就像用肉眼仰望夜空，看到数十亿颗星星
“就像我们可以同时看到和追踪每一颗星星”奥斯汀·格雷夫斯博士说
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约翰·霍普金大学医学院神经科学讲师
学分:约翰·霍普金斯大学医学院 脑细胞或神经元之间的空间非常小
它不到一微米——大约是人类头发宽度的十分之一
在神经元之间的这些连接处，是分子和蛋白质——主要是钠和钙——从一个神经元转移到下一个神经元的通道
当神经递质穿过突触并降落在神经元上时，它们会激活AMPA谷氨酸受体——神经元外壳中的一种蛋白质
格雷夫斯说:“这些受体是神经元之间语言的功能机制。”
Huganir和其他科学家已经表明突触和嵌入其中的受体是大脑中学习的关键位置
他们说，这是记忆被编码的地方
为了研究突触是如何运作的，科学家通常在实验室培养脑细胞样本，以筛选细胞制造的蛋白质的增加或减少
研究人员说，他们还检查了大脑不同区域的神经元子集，但科学家们以前无法在这个尺度上对整个大脑中的突触进行成像
在这项研究中，科学家通过将GRIA1基因插入到DNA中对老鼠进行基因改造，在所有AMPA谷氨酸盐蛋白质上产生绿色发光标签
当神经元放大信号时，它们产生更多的AMPA谷氨酸蛋白，绿色信号变得更亮
由于AMPA谷氨酸受体非常普遍，研究人员能够精确定位小鼠大脑中几乎所有的兴奋性神经元——它们更有可能向其他神经元发送信号，而不是阻断它们
然后，研究人员在每只老鼠身上拧上一根须，用高功率显微镜跟踪哪些突触发出绿色光和信号的亮度
他们发现了大约600，000个发光的突触和迹象，表明绿色信号的亮度对应于AMPA谷氨酸受体的反应强度
Huganir说，新系统产生了令人难以置信的大量数据
因此，研究人员与约翰·霍普金斯大学生物医学工程系的计算科学家合作，开发了人工智能和机器学习技术，以训练和验证自动检测所有发光突触的算法，以及它们如何随着时间的推移随着经验和学习而变化
研究人员表示，他们目前的工作是一项原理验证研究，展示了这种突触成像工具的能力
其他科学家要求在他们的研究中使用基因工程小鼠
研究人员还计划使用该工具来研究老鼠的其他行为、学习和记忆，并研究突触在特定条件下如何变化，如衰老、阿尔茨海默病和自闭症
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