化学是你，化学是我(神经元“化学是你，化学是我”)
近十年来，在神经科学最常被提及的词汇中，“神经回路”绝对榜上有名，而且排名非常靠前。由于技术的进步，对神经电路的研究已经成为可能，因此它已成为目前最热门、最有活力的研究领域之一。
最早对神经回路的研究，大概源于人们对如何判断大脑如何指导行为和产生意识的思考。最著名的可能是维也纳医生弗朗茨·约瑟夫·高尔。基于对病人颅骨形状的观察，他发展了颅像学这门伪科学。现在，虽然我们知道这个判断依据是错误的，但还是诞生了“大脑区域功能划分”的想法。后来，Broca区和Wernicke区受损患者语言功能障碍的症状为语言功能回路奠定了重要基础，也为脑功能划分提供了重要证据。此后的Broadmann图谱和Penfield著名的皮质侏儒图谱也是大脑功能划分的里程碑。神经元理论的普及和突触的发现，进一步增强了对研究回路分辨率的要求:具体来说，神经元甚至亚细胞之间的连接是怎样的，这些连接与具体的行为是怎样联系的。
布罗德曼地图.资料来源:https://en. *** .org/wiki/Brodmann_area
皮质侏儒.图片来自:https://www . sciencenewsforstudents . org/blog/scientists-say/scientists-say-academic-hom unculus
目前，根据神经元的特性，对神经回路的研究可以分为功能性神经回路和结构性神经回路两大类。
功能性神经回路，如:功能性神经回路的研究我首先想到的是FMRI和彼得。这些技术可以实时监控活体大脑的活动，快速获得全面的信息。缺点是受限于它的分辨率，我们只能看到部分脑区的活动，而不知道脑区的哪些细胞在起作用。可以用电生理学的 *** 在细胞水平上监测神经回路，通过记录 *** 前后细胞的电活动来确定神经连接的存在。结合药理学手段，甚至可以判断这种联系是否发生在单个突触的水平。这种 *** 的缺点是一次只能观察到几个细胞。多亏了化学生物学家Roger Tsien，对钙离子敏感的染料可以在细胞水平上用于大规模监测神经活动。通过改变BAPTA和EGTA，钱永健将这些钙螯合剂转化为钙指示剂[1]。经过进一步改进，他还发明了fura2和一系列后续信号更强的指标[2]。后来，他的实验室利用钙敏感的FRET开发了一种钙敏感的工具蛋白，使得在基因水平上标记细胞成为可能[3]。基于类似的原理(CaM和M13)，2001年，日本科学家开发了一种新的钙敏感蛋白GC AMP [4]。2005年及以后发表的光遗传学技术，使得在体外和体内直接操纵神经元成为可能，对功能性神经回路的绘制起到了关键的推动作用[5-7]，开启了神经回路研究的新篇章。
在实际应用中，光遗传学技术需要借助病毒或转基因技术来控制特定的细胞核或细胞类型，因此对于特定的细胞亚型不是很方便。此外，最近开发的GCaMP6等钙信号传感荧光蛋白和电压敏感探针可以使空之间的分辨率达到细胞甚至亚细胞水平，正在被广泛应用于各个领域[8，9]。北京大学李玉龙和加州大学田琳最近研发的神经递质受体探针，基于神经递质受体的构象变化产生荧光，可以监测特定 *** 后的细胞活动，为功能性神经回路的作图提供了另一个角度[10-12] (N *** |北京大学李玉龙研发的新型乙酰胆碱荧光探针——专家点评；细胞李玉龙小组开发了一种新的多巴胺荧光探针。用神经递质检测神经活动的另一个好处是，知道具体功能后可以直接给药。
神经回路的另一个重要方面，结构性神经回路，主要描述大脑区域或神经细胞之间的内在物理联系。分辨率更高的显微镜是电子显微镜。目前，电子显微镜描绘了神经细胞之间具有完全清晰连接的线虫。但是由于电子显微镜的分辨率很高，采集和重建数据需要大量的时间和计算 *** ，所以通量和效率是个问题。从电子显微镜研究神经回路的权威Jeff Lichtman发表的文章中我们可以略知一二。但是，杰夫已经功成名就了，我希望他们有更多的数据库供你参考。另一种 *** 是使用病毒或各种示踪染料进行顺行和逆行标记。该 *** 通量高，实验时间短，目前应用广泛，尤其是最近在各种神经科学环路作图中。在追踪改造病毒方面卓有成效的实验室有索尔克研究所的埃德·卡拉威、斯坦福大学的罗立群实验室、Janelia的阿拉·卡尔波瓦实验室、南加州大学的张丽、哥大的托马斯·杰塞尔、加州理工学院的大卫·安德森等。由于实验的特定需要，目前广泛使用逆行标记。关于这个研究的文献很多化学传递是神经系统信号传递的主要方式(当然电传递也很重要)，因此神经递质/调节剂在调节机体功能中的重要作用不言而喻。基本上可以说是“化学是你，化学是我”。研究人员选取了193个基因进行操作:用荧光蛋白的RFP编码序列替换这些基因的几乎所有编码区，实现基因敲除，并在替换载体中加入attP位点，以方便后续的BP-反应和其他操作元件。这样我们就可以有一个递质相关基因的敲除株和该基因的报告子，然后分别研究该基因的功能和表达该基因的一组细胞的功能。，读者可以自己查阅。病毒注入追踪的缺点在于对注入一致性要求高。如果需要标记特定的细胞类型，需要使用转基因工程鼠或者多次注射。如果分辨率要求较低，可以用DTI观察神经核团或脑区之间是否有神经纤维联系。
2月21日，北京大学饶毅研究组在《神经元》上发表了一项题为《化学连接:绘制果蝇体内的化学传递》的研究，研究人员用另一种 *** 标记果蝇的神经元:标记神经递质转运体或其合成酶，以及神经调质及其受体。
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利用这一原理，他们可以观察产生某种神经递质的细胞的分布和投射；观察表达一种或多种神经递质和调节剂/合成酶的细胞类型。例如，章鱼胺2受体在神经细胞和神经胶质细胞中都有表达。某些神经递质可以在同一细胞内释放，但谷氨酸转运体和-氨基丁酸合成的谷氨酸脱羧酶并不重合。利用突变体库，可以进行功能筛选。为此，他们筛选了对果蝇睡眠影响较大的突变体，发现了一些有趣的现象。比如突变型速激肽的睡眠受到影响，而人工激活或抑制表达速激肽的细胞并不影响睡眠，这就说明了回路的复杂性(兴奋性和抑制性神经元都被激活或抑制)。如果速激肽的表达谱不仅限于兴奋性可调的神经系统，也有可能是神经系统外的速激肽在发挥调节睡眠的作用。此外，他们发现神经胶质细胞和神经元中的章鱼胺2受体可以调节果蝇的睡眠。他们还发现了通过多巴胺受体调节果蝇睡眠的神经元类型。
一些开放的研究，比如一个基因筛选，往往会产生很多突变，而这些突变会在后来阐明很多生物学知识。另一个是close the end，里面有很多好的研究，比如能对某些问题做出结论的。我认为这篇论文是一个开放的研究，我期待未来这些突变体的更多工作。
读饶老师的文章，总能看到他引用别人的话。在这篇文章中，饶老师引用了奥托·洛伊、亨利·戴尔和约翰·埃克尔斯。而且我相信引言中的那句话不会是“逃过读者的注意”。
原始链接:
https://www . cell . com/neuron/full text/s 0896-6273(19)30072-8
参考
对镁和质子具有高选择性的新型钙指示剂和缓冲剂:原型结构的设计、合成和性质。生物化学19，2396-2404 (1980)。
2 Grynkiewicz，g .，Poenie，M. & Tsien，R. Y .荧光性能大大改善的新一代Ca2+指示剂。生物化学杂志260，3440-3450 (1985年)。
3 Miyawaki，a .等人基于绿色荧光蛋白和钙调素的Ca2+荧光指示剂。自然388，882-887 (1997)。
4 Nakai，j .，大仓，M. & Imoto，k .一种由单一绿色荧光蛋白组成的高信噪比Ca2+探针。国家生物技术19，137-141，doi:Doi 10.1038/84397 (2001)。
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6张芳，王，李平，博伊登，E. S. & Deisseroth，k .通道视紫红质-2与可兴奋细胞的光控制。Nat *** 3，785-792，doi:10.1038/nmeth936 (2006年)。
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用于神经元活动成像的超灵敏荧光蛋白。自然499，295-300 (2013)。
9 Peterka，D. S .，Takahashi，h .和Yuste，r .神经元中的成像电压。Neuron69，9-21 (2011)。
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11 Jing，m .等.用于体外和体内研究的基因编码荧光乙酰胆碱指示剂。Nat Biotechnol36，726-737，doi:10.1038/nbt.4184 (2018)。
12 Sun，f .等。一种基因编码的荧光传感器能够快速、特异地检测苍蝇、鱼和老鼠体内的多巴胺。Cell174，481-496 e419，doi:10.1016/j . cell . 2018 . 06 . 042(2018)。
13 White，J. G .，Southgate，e .，Thomson，J. N. & Brenner，s .秀丽隐杆线虫神经系统的结构。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci314，1-340，doi:10.1098/rstb . 1986.0056(1986)。
14 Callaway，E. M. & Luo，l .用糖蛋白缺失狂犬病毒进行单突触回路追踪。神经科学杂志35，8979-8985，doi:10.1523/jneurosci . 0409-15.2015(2015)。
作者: ***
