令人难以置信的成像显示神经电路如何在开发的胚胎中形成[视频]

最终成为神经元（红色，橙色和黄色球体）在胚胎发育期间迁移的细胞。基于其原产地的位置，构建脊髓的迁移婴儿神经元是颜色编码的，并且蓝细胞是显影胚胎中的其他细胞。

神经元，带走你的地方。

最终成为神经元的细胞必须首先在胚胎上行驶，以达到神经系统中的最终目的地。在那里，它们与未定义的细胞开花成具有特定角色的神经元，在电路中一起工作以引导动物的行为。

但是这次旅程展开的仍然有点神秘。“我们猜测正在发生很多事情，我们实际上没有看到，”霍华德休斯医学院的Janelia Research Campus的研究员Yinan Wan说。现在，湾和她的同事已经开发了直接观看行动的工具 - 生活动物。

就像一个家庭视频系列录制一个孩子的孩子到幼儿园的第一天，该团队的新视频遵循斑马鱼神经元从他们的来源遵循斑马鱼神经元，当他们连接到坐标体内的电路时。研究人员在2019年9月26日在杂志中报告了他们的工作。这是科学家首次追踪所有神经元的发育起源，运动和功能活动，因为它们形成了整个电路，从开始完成。

湾说，将幼眼的物理位置和年轻神经元的发育历史与其新兴角色的新兴角色提供了新的窗口，这是一个新的窗口，进入大脑自己的方式。“我将这些工具视为理解神经发展的平台。”

该视频在显影胚胎中捕获神经祖细胞的最终位置。尾部代表细胞采取的路径到达9.5小时的发展。

它拍摄了WAN，Janelia Group Series Philipp Keller，以及其余的团队七年来建立从开发神经元收集和分析数据所需的工具。

“你需要技术，让您在单个细胞级别下遵循整个胚胎的开发，”Keller说。找到一个可以像拍摄大面积的显微镜，或捕获最小的细节，或者真正快速地拍照是不是太难。但通常，这些津贴有权衡。对于这个实验，Keller的团队需要一个显微镜，可以立即完成所有这些东西，并在脆弱的生物体上进行启动。“你不想妥协 - 它需要完美，”他说。

他们的起始地点是凯勒和Janelia的其他人开发的轻型显微镜。去年，该团队使用类似的技术观看细胞叠，移动，并开始在开发小鼠胚胎中形成器官。这次，Keller的集团专注于神经系统，不仅跟踪细胞的追踪，也是每个人在做什么。

首先，科学家设计斑马鱼，包括一个小分子，使鱼中的每种细胞发光。在胚胎的神经元中，他们还追踪了报告神经元活动的分子，以及少数关键蛋白，仅在细胞对特定功能上拍摄的情况下，该细胞实际在体内正在做什么。完全，该信息让团队区分不同种类的神经元并随着这些细胞承担其角色而观察。

然后，凯勒组将斑马鱼胚胎放置在范围内为14小时，捕获所有细胞的运动，并按照每秒四个3-D图像的速度进行速度，总共有数百万个高分辨率快照。WAN和实验室中的其他人开发的算法有助于他们重建近期神经元的路径。和Janelia合作者Ziqiang Wei和Shaul Druckmann开发了用于分析神经元活动模式的计算技术。

随着时间的推移，显微镜图像在移动上揭示了细胞并找到它们的地方，然后假设特定的角色和接线到电路中。并且它显示在单细胞层面，高度协调的网络活动首先出现并引起斑马鱼的最早行为。

“许多计算神经科学现在围绕如何理解神经元种群的活动模式，”现在位于斯坦福大学的德拉克曼说。“这样的发展研究可以添加一个全新的维度：不仅仅是目前的人口动态，而且这些模式如何随着时间的推移而发展和变化。”

这些红色和黄色闪烁显示斑马鱼脊髓的神经活动，施肥后24小时在此显示。该成像揭示了神经活动模式，其自发性卷绕运动是在年轻斑马鱼的协调游泳行为之前。

湾据说，在斑马鱼脊髓中归巢的电机电路 - 是斑马鱼脊髓的电机回路 - 是第一个在鱼中开发的电路。它被广泛地研究了许多角度。但是，当谈到了解电路中的细胞如何成熟并开始一起工作时，“就有一个很大的知识差距，”她说。该团队的工作开始解释如何协调的运动从疾病中出现。

电动机电路都具有与肌肉和肌肉交谈的电机神经元，这些电动机与其他神经元的信号引起，有时像起搏器一样。当电路在显影鱼中形成时，球队发现的电机神经元是第一个开始发送信息的电池。凯勒说，这是一个惊喜。科学家们认为运动神经元可能会在这个过程中遵循其他细胞的铅。

“我们在过去重建了近在的器官甚至整个胚胎的发展，”凯勒说，“但我们从未将其与同一细胞的系统宽，高速功能成像组合起来。”看着脑细胞的开发和功能在一起让研究人员扮演神经功能如何出现 - 在单细胞层面。

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参考：“整个开发电路中新兴人口活动的单细胞重建”由云南万，Ziqiang Wei，Loren L. Looger，Minoru Koyama，Shaul Druckmann和Philipp J. Keller，2019年9月26日，Cell.Doi：
10.1016 / J.Cell.2019.08.039.