科學家們開發出一種蛋白質，可以記錄腦細胞接收到的化學信息。相反，他們只關注自己發出的信號。當神經元釋放谷氨酸時，這些傳入信號就會發生。雖然谷氨酸對於學習和記憶等過程至關重要，但谷氨酸活性很難測量。因為信號微弱，而且發生得很快。
新工具可以在這些微妙的化學信息到達時對其進行檢測。這使得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？
觀察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。細胞如何組合這些信號決定了細胞是否產生輸出。這一過程被認為是決策、思維和記憶的基礎，直接研究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。測量這些信號更加準確。研究人員或許能夠查明這些疾病的生物學根源。
藥物開發也可能受益。製藥公司可以使用這些傳感器來了解實驗治療如何影響實際的突觸活動。這可能有助於加速尋找更有效的治療方法。
介紹強大的谷氨酸傳感器。
這種蛋白質由 HHMI 艾倫研究所和 Janelia 研究園區的研究人員設計，被稱為 iGluSnFR4（發音為“嗅探膠”）。它是一種分子“谷氨酸指示劑”。它的靈敏度使其能夠檢測到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 提供了一種新的方法來解釋支持學習、記憶和情感的大腦活動的複雜模式，使科學家能夠實時觀察大腦內的神經元通信。該研究結果最近發表在《自然方法》雜誌上，可能會顯著改變神經科學研究中測量和分析神經活動的方式。
腦細胞如何相互溝通？
為了了解這一進步的影響，值得考慮神經元如何相互作用。大腦由數十億個神經元組成，這些神經元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，它將無法穿過小間隙。到下一個可以稱為突觸的神經元
相反，該信號會觸發神經遞質釋放到突觸中。谷氨酸是最常見的化學信使。它在記憶、學習和情感方面發揮著重要作用。當谷氨酸到達下一個神經細胞時，可能會導致細胞擴散。並繼續溝通鏈。
從小片段到完整對話
這個過程可以比作倒下的多米諾骨牌。但情況要復雜得多。每個神經元接收來自數千個其他神經元的信息。只有特定的活動組合和模式才會刺激接收神經元放電。借助這種新的蛋白質傳感器，科學家們能夠識別導致這種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。以前的技術要么太慢，要么缺乏測量單個突觸活動所需的靈敏度。因此，研究人員只能看到溝通過程的片段，而不是整個交流。這種新方法允許他們記錄整個對話。
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卡斯帕·波德戈爾斯基博士說：“這就像讀一本文字混亂的書，卻不理解單詞的順序或單詞的排列方式。” “我覺得我們在這裡所做的就是增加這些神經元之間的連接。通過這樣做，現在我們了解了網頁上單詞的順序。以及這些單詞的含義”
在 iGluSnFR4 等蛋白質傳感器問世之前，研究人員只能測量神經細胞的輸出信號。這在理解上留下了很大的差距。這是因為輸入信號太快且太微弱而無法被檢測到。
“神經科學家有一種非常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某些神經元所說的內容。但我們仍然不太擅長將這兩類數據結合起來。很難測量神經元對其他神經元所說的內容，”Podgorski 說。 “我們在這裡設計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缺失的一個重要部分。”
進步背後的合作
“iGluSnFR4 的成功是我們在 HHMI 珍妮莉亞研究園區 GENIE 項目團隊和 Kaspar 實驗室之間密切合作的結果。該研究已擴展到艾倫研究所神經動力學小組所做的出色的體內表徵工作，”霍華德休斯醫學研究所珍妮莉亞研究園區的科學家 Jeremy Hasseman 博士說。 “這是實驗室和研究所之間合作的一個很好的例子。能夠發現神經科學的新事物”
了解大腦如何運作的新窗口
這一發現克服了現代神經科學的一個主要限制。通過直接觀察神經元如何接收信息，iGluSnFR4 現在可以通過 Addgene 提供給研究人員，為科學家提供了一個強大的新工具來更詳細地探索大腦功能。當這項技術傳播開來時，它可能會幫助揭示你大腦中最揮之不去的問題的答案。
