據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道,，美國麻省理工學(xué)院和佐治亞理工學(xué)院研究人員開發(fā)出利用機(jī)器人操縱來自動發(fā)現(xiàn)和記錄活體大腦中神經(jīng)元信息的方法，即用一種全細(xì)胞膜片鉗制動一個微小的空心玻璃針，在神經(jīng)細(xì)胞的膜上開孔,，以記錄其內(nèi)部電活性,。該研究成果刊登在5月6日《自然-方法》期刊上,。
這種深入大腦中神經(jīng)元內(nèi)部運(yùn)作的方式可提供大量有用的信息，如電活性模式,、細(xì)胞內(nèi)部狀況、甚至基因在某一時刻被閉合的剖面,。然而,，能夠?qū)崿F(xiàn)這個入口非常困難，目前世界上只有極少數(shù)實(shí)驗室在進(jìn)行嘗試,，這種自動發(fā)現(xiàn)和記錄活體大腦中神經(jīng)元信息的最新方法有望改變該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀,。研究人員證明，在一個細(xì)胞檢測的計算機(jī)程序的引導(dǎo)下,，與人工相比,，該自動裝置識別和記錄活老鼠大腦中的神經(jīng)元信息具有更好的精度和速度。
采用新型自動化裝置消除了對活體細(xì)胞的活動進(jìn)行數(shù)月定向和長期搜索的需要,。采用這種技術(shù),，科學(xué)家可將大腦中數(shù)千個細(xì)胞劃分成不同類型，還可繪制其彼此之間的連接,，并從正常細(xì)胞中找出病變細(xì)胞,。
研究人員稱，該方法在研究大腦疾病方面將會尤其有用,，如精神分裂癥、帕金森氏癥,、自閉癥和癲癇,。科學(xué)家們一直難以描述這些疾病中一個細(xì)胞與其具有電活回路和性能的分子集成,。描繪出疾病如何改變活體大腦內(nèi)特定細(xì)胞分子,，將會更好地發(fā)現(xiàn)藥物的靶標(biāo)。
如果通過人工對這種精密儀器進(jìn)行操作,，需花上4個月的訓(xùn)練時間,，最終還可能不是很精準(zhǔn)，于是研究人員將這項任務(wù)交與機(jī)器人來操作,，其機(jī)械手臂由計算機(jī)程序做指導(dǎo),。研究人員說，在神經(jīng)科學(xué)中使用機(jī)器人來研究有生命的動物還僅僅是個開始,，而像這樣的機(jī)器人可能被用于在大腦中有目標(biāo)點(diǎn)地注入藥物,，或提供基因治療載體，希望新方法也能激勵神經(jīng)學(xué)家追求各類機(jī)器人自動化,，例如在光遺傳學(xué)方面,，利用光有針對性地干擾神經(jīng)回路和確定神經(jīng)元在大腦功能中發(fā)揮的因果作用。(生物谷：Bioon.com)
doi:10.1038/nmeth.1993
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Automated whole-cell patch-clamp electrophysiology of neurons in vivo
Suhasa B Kodandaramaiah, Giovanni Talei Franzesi, Brian Y Chow, Edward S Boyden & Craig R Forest
Whole-cell patch-clamp electrophysiology of neurons is a gold-standard technique for high-fidelity analysis of the biophysical mechanisms of neural computation and pathology, but it requires great skill to perform. We have developed a robot that automatically performs patch clamping in vivo, algorithmically detecting cells by analyzing the temporal sequence of electrode impedance changes. We demonstrate good yield, throughput and quality of automated intracellular recording in mouse cortex and hippocampus.
