神经科学家开发基于钙的MRI传感器，以监测神经活动

麻省理工学院研究人员设计了在钙的存在下形成簇的MRI传感器，使它们能够监测活脑中的神经元活动。由研究人员礼貌

系统检测神经活动的直接信号;可以揭示模式的行为模式。

麻省理工学院神经科学家已经开发出一种新的磁共振成像（MRI）传感器，其允许它们通过跟踪钙离子来监测大脑内深的神经活动。

因为钙离子与神经元烧制直接连接 - 与其他类型的MRI检测到的血流的变化不同，这提供了间接信号 - 这种新型的感测可以允许研究人员将特定的大脑功能联系起来以其神经元活动的模式，以及确定遥感脑区在特定任务中的互相沟通方式。

“钙离子的浓度与神经系统中的信号传导事件密切相关，”生物工程，脑和认知科学教授，核科学与工程师，MIT麦戈尔恩大脑研究所的核科学和工程核科学与工程，和该研究的高级作者。“我们设计了一种分子结构的探针，可以感测与神经活动相关的细胞外钙的相对细微的变化。”

在大鼠的测试中，研究人员表明，它们的钙传感器可以精确地检测通过化学或电刺激引起的神经活动的变化，脑的一部分被称为纹状体。

麻省理工学院研究员工Satoshi Okada和Benjamin Bartelle是该研究的主要作者，它出现在4月30日的自然纳米技术问题。其他提交人包括大脑和认知科学教授Mriganka Sur，研究副课程南李，邮政编码Vincent Breton-Provencher，前博士埃莉兰达罗格里格斯，Wellesley College本科Jiyoung Lee，高中学生詹姆斯莫里森。

跟踪钙

神经科学研究的主要原因，MRI允许科学家识别在特定任务期间有活跃的大脑的部分。最常用的类型，称为功能MRI，测量大脑中的血流作为神经活动的间接标记。Jasanoff和他的同事希望设计一种以特殊性和分辨率映射神经活动模式的方法，即血流量的MRI技术无法实现。

“能够在深层组织中映射脑活动的方法依赖于血流的变化，并且通过许多不同的生理途径联系到神经活动，”贾桑诺夫说。“结果，您在最终中看到的信号通常很难归因于任何特定的基础原因。”

另一方面，钙离子流量可以与神经元活性直接连接。当神经元发射电气脉冲时，钙离子急于细胞。大约十年来，神经科学家一直在使用荧光分子在脑中标记钙并用传统显微镜进行图像。该技术允许它们精确地跟踪神经元活动，但其使用仅限于大脑的小区域。

麻省理工学院团队首先使用MRI寻找成像钙的方法，这使得能够分析更大的组织体积。为此，他们设计了一种新的传感器，可以检测细胞外部的钙浓度的微妙变化，并以可以用MRI检测的方式响应。

新传感器由两种类型的颗粒组成，该颗粒在钙的存在下聚集在一起。一种是一种自然发生的钙结合蛋白，称为Sypaptagmin，另一个是涂覆在脂质中的磁性氧化铁纳米颗粒，其也可以结合Symaptotagmin，但仅当存在钙时。

钙绑定诱导这些颗粒聚集在一起，使它们在MRI图像中看起来更暗。神经元外高水平的钙与低神经元活性相关;当钙浓度下降时，它意味着该区域的神经元射击电脉冲。

检测大脑活动

为了测试传感器，研究人员将它们注入大鼠的纹章，这是一个参与规划运动和学习新行为的地区。然后，它们给了大鼠一种化学刺激，诱导短暂的神经活动的短暂性，并且发现钙传感器反映了该活动。

他们还发现，传感器在奖励中涉及的大脑中的电气刺激诱导的活动拾取。

这一方法提供了一种新颖的方法来检查大脑功能，德国德德邦德德德邦斯坦克生物蔓越研究所的研究小组领导者表示，德国德国德国德国的德国，没有参与研究。

“虽然我们在过去的半个世纪中积累了对细胞内钙信号传导的足够知识，但它很少研究了细胞外钙的动态变化如何促成脑功能，或者作为脑功能的指标，”余说。“当我们破译这种复杂和自适应的系统，如大脑，每条信息都很重要。”

当前版本的传感器在初始脑刺激的几秒钟内响应，但研究人员正在努力加快升级。它们还试图改变传感器，使其可以在整个大脑的较大区域中传播并通过血脑屏障，这将使可以递送颗粒而不将它们直接注入测试部位。

利用这种传感器，贾桑诺夫希望以更高的精度映射神经活动模式，而不是现在可能的。“你可以想象测量脑的不同部分的钙活性，并试图确定不同类型的感官刺激，通过它们诱导的神经活动的空间模式，”他说。

该研究由国家卫生研究院和社会大脑的麻省理工学院西蒙斯中心资助。

出版物：Satoshi Okada等，“使用磁性纳米传感器的”钙依赖性分子FMRI“自然纳米技术（2018）DOI：10.1038 / S41565-018-0092-4