神经回路如何在发育中的胚胎中形成

最终成为神经元的细胞必须首先穿过胚胎，到达神经系统的最终目的地。在那儿，它们从未定义的细胞开花到具有特定作用的神经元，并在电路中协同工作以指导动物的行为。

但是，确切地说，这一旅程如何展开仍然有些神秘。霍华德·休斯医学研究所珍妮莉亚研究园区的研究员伊南·万(Yanan Wan)说：“我们正在猜测发生的许多事情实际上是我们实际上看不到的。”现在，Wan和她的同事们已经开发出了可以直接观察动物活动的工具。

就像一个家庭录像系列记录一个从婴儿期到上幼儿园的孩子一样，该团队的新录像跟踪斑马鱼神经元从起源到连接到协调身体运动的电路。研究人员于2019年9月26日在Cell杂志上报告了他们的工作。这是科学家第一次从头到尾同时跟踪所有神经元的形成起源，运动和所有神经元的功能活动。

Wan说，将年轻神经元的物理位置和发育历史与它们在神经系统中的新兴作用联系起来，为大脑组织自身方式提供了新的窗口。“我认为这些工具是理解神经发育的平台。”

新观点

Wan，Janelia小组负责人Philipp Keller及其团队的其他成员花了大约七年的时间来构建收集和分析来自发育中的神经元的数据所需的工具。

凯勒说：“您需要的技术可以在单细胞水平上追踪整个胚胎的发育。”找到可以对大面积成像，捕获微小细节或真正快速拍照的显微镜并非难事。但是通常这些特权需要权衡。对于该实验，凯勒的团队需要一台可以在脆弱的生物体上同时完成所有这些工作的显微镜来启动。他说：“您不想做出任何让步-它必须是完美的。”

他们的起点是凯勒(Jelleria)的凯勒(Keller)等人开发的光片显微镜。去年，该团队使用类似的技术来观察细胞分裂，移动并开始在发育中的小鼠胚胎中形成器官。这次，凯勒的小组专注于神经系统，不仅追踪细胞在哪里，还追踪每个细胞在做什么。

首先，科学家设计了斑马鱼，使其包含一个小分子，该小分子可使鱼中的每个细胞发光。在胚胎的神经元中，他们还追踪了一个报告神经元活动的分子，以及少数只有在细胞具有特定功能时才存在的关键蛋白质-可以了解该细胞在体内的实际情况。总之，这些信息使研究小组能够区分不同种类的神经元，并观察这些细胞是否发挥了作用。

然后，Keller的小组将斑马鱼的胚胎置于观察范围内14个小时，以每秒四张3-D图像的速度捕获所有细胞的运动并跟踪细胞的活动-总共有几百万个高分辨率快照。Wan和其他人在实验室中开发的算法帮助他们重建了单个神经元的路径。Janelia合作者Ziziang Wei和Shaul Druckmann开发了用于分析神经元活动模式的计算技术。

随着时间的流逝，显微镜图像显示出移动中的细胞并找到它们的位置，然后担当特定角色并将其连接到电路中。它表明，在单细胞水平上，如何高度协调的网络活动首先出现，并引起了斑马鱼的最早行为。

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