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本报讯 研究人员日前首次在活的生物体（秀丽隐杆线虫，Caenorhabditis elegans）内对所有神经细胞活动进行了成像。5月18日发表在《自然-方法学》上的这一成就展示了神经信号如何实时穿过生物体，为理解神经系统功能提供了革命性工具。

早在1986年，科学家便已绘制了线虫全部302个神经细胞的连接图——这是首个且迄今为止唯一在其他生物体中未实现的成就。然而，这张“线路图”并不能帮助科学家确定导致特定行为的神经细胞路径。奥地利维也纳大学神经科学家Alipasha Vaziri指出，研究人员也无法依据该连接图预测线虫在任何时间点的行为。而通过提供一种三维实时展示神经细胞间信号活动的方法，这项新技术将使得科学家能够实现上述两个目标。

Vaziri及其同事对秀丽隐杆线虫进行了基因改造，使得神经细胞被激活且有钙离子穿越细胞膜时，整个细胞会被点亮。为了捕捉这些信号，研究人员利用光场解卷积显微术对整个线虫进行成像。该技术将来自一组微透镜的图像整合，并通过算法分析得到高分辨率三维图像。研究人员每秒拍摄多达50张整个线虫的图像，从而能够观测其大脑、中枢神经干及尾部的神经细胞活动。

接下来，研究人员利用该技术分析了透明的斑马鱼（Danio rerio）幼体——随着斑马鱼对泵入水中的化学气味作出响应，他们对小鱼整个大脑进行了成像。该技术能够同时捕捉约5000个神经细胞的活动（斑马鱼共有约10万个神经细胞）。

美国弗吉尼亚州奥诗伯恩市霍华德·休斯医学研究所珍利亚农场研究园区的神经生物学家Misha Ahrens表示：“线路图和神经细胞活动是完全互补的。通过观察一个或另一个神经细胞，你不会理解整个神经系统。”利用线路图绘制神经信号如何在神经细胞间游走，将使得研究人员得以查明每个单独神经细胞所扮演的角色。Ahrens说：“这里再也没有隐藏的变量。”

2013年，Ahrens的研究小组通过将一片光穿过动物组织，利用显微镜技术对整个斑马鱼大脑的活动进行了成像。然而新技术要快得多——它能够使每秒拍摄图像数增加100倍。

该研究的合作者、剑桥市麻省理工学院神经生物学家Edward Boyden表示，研究人员接下来将用这项技术确定神经细胞如何对某一种刺激作出响应，进而建立模型。他同时希望改善该技术的速度及分辨率，以便对更大的组织进行成像，例如哺乳动物的大脑。

秀丽隐杆线虫是一种无毒无害、可独立生存的线虫。其个体小，成体仅1.5mm长，为雌雄同体，雄性个体仅占群体的0.2%，可自体受精或双性生殖；在20℃下平均生活史为3.5天，平均繁殖力为300至350个；但若与雄虫交配，可产生多达1400个以上的后代。自1965年起，科学家便利用线虫作为分子生物学和发育生物学研究领域的模式生物。（赵熙熙）

《中国科学报》 (2014-05-20 第2版 国际)