人类大脑中有多达 1000 亿个神经元*，数量如此之多，以至于我们尚未了解它们如何协同工作来创造我们这样的思维生物。神经科学家正在寻找有关大脑如何运作、神经系统如何发育以及我们如何更好地理解和治疗神经和精神疾病等重大问题的答案。
神经科学研究人员的必备工具，天博体育app下载是一种将光敏蛋白编码到特定类型神经元中的技术，使它们对光做出反应。
这种新颖的方法可以让科学家准确地打开或关闭神经元，帮助揭示神经元在学习和记忆等基本大脑过程中的作用。这些过程可能会受到各种疾病的影响。
在天博体育app下载中，当研究人员用光照射含有视蛋白的神经元时，可以触发这些细胞激活或失活。这种变化反映了大脑中神经元通过动作电位进行交流的基本方式。
全光学方法：弥合神经科学领域的差距
动作电位的计时携带特定信息，天博体育app下载有望揭示这些编码信息并解码大脑的运作方式。虽然早期的天博体育app下载实验使用光纤传输的 LED 光，但激光传输的精度已显着提高，特别是飞秒激光器，它为光刺激提供了三维精度。
通过将天博体育app下载与多光子成像相结合，研究人员开发了变革性的“全光学方法”，其中激光用于刺激（或沉默）特定神经元，而第二束激光则用于通过感测其他互连神经元荧光特性的变化来绘制其他互连神经元的活动图。这种传感通常使用荧光钙离子指示剂，因为这些离子映射代谢活动的变化，包括动作电位。
与之前的技术相比，此方法提供了细胞活动的全面、详细的视角，并可选择单神经元分辨率。
此外，它没有老式电生理技术的侵入性或局限性。
如今，神经科学研究人员可以捕获动物表现出自然行为时数百个细胞的同步活动。
此外，研究人员旨在利用天博体育app下载干扰动物行为过程中发出动作电位的特定细胞的活动，以确认它们在观察到的行为中的重要性。
这些细胞尽管属于同一回路，但可能位于大脑的不同深度。已经开发出特殊的工具来调整光学装置以同时瞄准这些细胞。
通常，采用高色散空间光调制器来创建用于体积多光子天博体育app下载的多个激光子束，每个子束针对不同的特定神经元。光扰动的有效性依赖于同时多光子成像来监测传感器荧光信号强度的变化，从而揭示细胞状态（活跃或不活跃）。
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在全光多光子实验中，最常用的执行器（视蛋白）和传感器对是红色视蛋白（对 1000 nm 左右及以上的波长敏感）和绿色指示剂（对 900 nm 左右的波长敏感）。这种光谱分离最大限度地减少了光刺激和荧光成像过程之间的任何潜在串扰。
为多光子显微镜设计新型荧光探针的领域正在不断发展，特别关注光谱调谐。红移光能更深入地穿透组织，其能量比蓝移光低，并且造成的光损伤也较小。当视蛋白与荧光标记以及电压和钙指示剂结合使用以减少串扰时，这尤其有利。
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