科学:利用双极电压成像实时揭示各种神经元类型的电压动态变化

来源：100医疗网原创2022-11-28 10336047

一项新的研究揭示了行为状态改变时视觉皮层回路中目标神经元类型之间的功能相关性，以及不同细胞亚型对跑步小鼠海马局部场电位的贡献。

大脑中的信号处理涉及属于兴奋性神经元和抑制性神经元的许多不同细胞亚型的协调动态变化。为了实时揭示它们是如何配合它们的活动的，重要的是同时记录各种被识别的细胞亚型的电压的动态变化。基因编码荧光电压指示剂(GeVI)非常适合揭示意识动物中基因能够识别的一种或多种神经元类型的毫秒级激活动态变化。

来自美国耶鲁大学的研究人员此前介绍了绿色和红色荧光共振能量转移(FRET)-视蛋白Gevi: ACE-MNEON和VARNAM，它们分别是醋泡菌的电压敏感视紫红质和明亮荧光蛋白mNeonGreen和mRuby3的融合蛋白。Ace-mNeon和VARNAM在电压去极化事件(如动作电位)中显示荧光减少，它们一起形成一对相互兼容的GEVI，可以遗传性地靶向两种不同的神经元类型，用于同时进行双色电压记录。在一项新的研究中，利用蛋白质工程和高通量电压筛选，他们发现了第二代GEVI: ACE-MNEON2和VARNAM2，它们具有更好的电压敏感性。他们还发现了第二代GEVI的两种反向反应极性变体：pAce和pAceR，它们在动作电位过程中显示出荧光增强。他们的结论是，这四个新指标构成了一套兼容的工具，用于行为动物的多组电压记录。当针对不同的神经元类型时，这些指示器可以根据它们的荧光光谱、光学峰值极性或这两种特征的组合，从电压读数中清楚地识别细胞类型。相关研究成果发表在2022年11月4日的《科学》杂志上，题目是《多种神经元类型并发动力学的双极性电压成像》。

这些改进的指示器显示出更高的电压灵敏度，在低功率(25mwmm-2)的奔跑小鼠中一次可记录50个以上的神经元，在果蝇中连续成像约30分钟。来自约1200个神经元的ace-MNE 2电压成像显示了清醒小鼠视觉皮层细胞类型对行为状态转换的特定反应。在从休息到觉醒的过渡过程中，皮层中生长抑素(SST)表达神经元表现出最强的激活。此外，利用Ace-MNE 2和pAce的同步双极电压记录，他们研究了成对神经元类型功能的动态变化。他们揭示了表达SST的中间神经元和表达血管活性肠肽(VIP)的中间神经元在电压的动态变化中具有时间依赖性和状态依赖性的拮抗作用。

用双极成像技术测量了跑步小鼠两种神经元的动态电压变化。图片来自Science，2022，doi :10.1126/Science . abm 8797。

在小鼠的海马中，双极电压成像揭示了不同细胞类型对局部场电位(LFP)的不同贡献。嗅觉皮层中的投射神经元(但不是表达SST的中间神经元)的峰值总是与局部场电位保持相位锁定。此外，通过使用双色电压成像，这些作者发现前扣带皮层(ACC)投射神经元和嗅觉皮层投射神经元的兴奋性神经元亚型对状态变化的响应不同；前者均匀地增加了它们的放电率，而后者没有。

最后，通过使用这套工具中的三个兼容传感器，结合双极和双色成像，这些作者提取了三种亚型神经元的同步实时电压动态变化。这些亚型的神经元分别属于奔跑小鼠视皮层和海马的兴奋性神经元和抑制性神经元。

综上所述，这项新研究揭示了行为状态变化时视觉皮层回路中目标神经元类型之间的功能相关性，以及不同细胞亚型对跑步小鼠海马局部场电位的贡献。总之，这些结果为多群体电压成像研究行为动物中各种细胞类型的协调动态变化提供了一个基准。(100yiyao.com)

参考资料：

Madhuvanthi Kannan等人，Science，2022，doi :10.1126/Science . abm 8797。

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