當單個神經元放電時，它只是一個孤立的化學訊號。當許多神經元一起放電時，它們就會形成一個想法。大腦如何彌合這兩種神經活動水平之間的差距仍然是一個巨大的謎團，但一種新型技術正使我們更接近解決這個問題。
上圖中閃耀的青色光芒來自一種生物感測器，它可以檢測到非常少量的神經遞質的釋放，神經遞質是腦細胞用來通訊的訊號分子。這些被稱為 CNiFERs（發音為“嗅探器”），即基於細胞的神經遞質熒光工程報告器的感測器，使科學家能夠近距離地檢查大腦的活動。
這種作為白宮“大腦計劃”一部分而開發的新能力，可能會進一步加深我們對大腦功能如何從單個神經元的複雜相互作用中產生的理解，包括成癮等複雜行為如何發展。西奈山伊坎醫學院的神經科學家保羅·斯萊辛格是這項研究的資深研究員之一，他週一在美國化學學會第 252 屆全國會議暨博覽會上介紹了這些感測器。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過 訂閱來支援我們屢獲殊榮的新聞報道。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
目前的技術要麼過於寬泛，要麼過於具體，無法追蹤許多細胞中和周圍的微量神經遞質如何促進思想的傳遞。科學家們使用功能性磁共振成像來觀察血流，作為較長時間內大腦活動的替代指標，或者使用示蹤劑來追蹤少量神經元在幾秒鐘內釋放的特定神經遞質。但是 CNiFERs 提供了一種快樂的中間地帶；它們允許研究人員在相當長的時間內監測許多細胞中的多種神經遞質。
當 CNiFER 與其設計的要檢測的神經遞質接觸時，它會發出熒光。使用植入大腦的微型感測器，科學家可以測量 CNiFER 發射的光量，並從中推斷出存在的神經遞質的量。由於它們由幾個互鎖的部分組成，因此 CNiFERs 非常通用，形成了一個“即插即用系統”，斯萊辛格說。感測器的不同部分可以互換以檢測單個神經遞質。之前的技術很難區分相似的分子，例如多巴胺和去甲腎上腺素，但 CNiFERs 則不會。
這些感測器正在動物身上進行測試，以檢查特定的大腦過程。斯萊辛格和他的同事使用 CNiFERs 來更仔細地觀察一種經典的心理現象：巴甫洛夫條件反射。正如巴甫洛夫訓練他的狗在聽到餐鈴聲時流口水一樣，斯萊辛格和他的團隊訓練小鼠將音訊提示與食物獎勵聯絡起來。在實驗開始時，當小鼠收到糖塊時，它們會釋放多巴胺和去甲腎上腺素。然而，當動物逐漸習慣將音訊提示與糖聯絡起來時，神經遞質的釋放會更早發生，最終與音訊提示同時發生，而不是實際的獎勵。
小鼠研究可能與神經科學最終努力實現的那種人類影響相去甚遠——例如，更好地治療帕金森病患者或腦震盪患者——但這只是這一切的開始。斯萊辛格特別有興趣使用 CNiFERs 來研究成癮。更細緻地瞭解成癮如何在小鼠大腦中發展，可以幫助識別對抗人類成癮的新目標。