《eNeuro》：光片熒光顯微鏡呈現(xiàn)斑馬魚全腦活動(dòng)圖譜

在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，斑馬魚作為模式生物的價(jià)值日益凸顯，但其成年個(gè)體的全腦活動(dòng)映射技術(shù)長(zhǎng)期處于空白。近期，一項(xiàng)由韋恩州立大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)開展的研究，成功搭建了一套適用于成年斑馬魚的全腦活動(dòng)映射開源管道，并以此揭示了 “新魚缸測(cè)試” 背后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。該研究通過(guò)整合組織透明化、光片顯微成像及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了成年斑馬魚全腦范圍內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)精準(zhǔn)定位，為探索脊椎動(dòng)物腦功能提供了關(guān)鍵工具。

這項(xiàng)重要研究由Neha Rajput、Kush Parikh及Justin W. Kenney等學(xué)者共同完成，發(fā)表于2025年3月的《eNeuro》期刊，題為《成年斑馬魚全腦映射及新魚缸測(cè)試功能腦網(wǎng)絡(luò)的鑒定》。研究不僅填補(bǔ)了成年斑馬魚全腦研究的技術(shù)空白，還通過(guò)解析探索行為對(duì)應(yīng)的神經(jīng)環(huán)路，為理解脊椎動(dòng)物腦-行為關(guān)系提供了全新視角。

重要發(fā)現(xiàn)
01光片熒光顯微鏡的成像原理與優(yōu)勢(shì)
光片熒光顯微鏡是一種先進(jìn)的光學(xué)成像技術(shù)其核心原理是利用一束薄薄的光片照射樣品僅激發(fā)樣品中一個(gè)薄層的熒光分子從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的快速低光毒性成像。與傳統(tǒng)的共聚焦顯微鏡相比光片熒光顯微鏡具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先它能夠?qū)�較大體積的生物樣本進(jìn)行快速三維成像大大提高了成像效率。由于光片顯微鏡僅激發(fā)樣品的一個(gè)薄層因此可以有效減少光漂白和光毒性對(duì)樣品的影響這對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間觀察活體樣本或?qū)�光敏感的生物組織尤為重要。利用光片熒光顯微鏡對(duì)透明化后的斑馬魚大腦進(jìn)行成像，成功捕捉大腦中c-fos基因的表達(dá)情況。通過(guò)熒光標(biāo)記c-fos能夠在光片熒光顯微鏡下清晰地觀察到大腦中各個(gè)區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)情況。成像結(jié)果顯示在斑馬魚探索新環(huán)境后大腦中多個(gè)區(qū)域的c-fos表達(dá)水平發(fā)生了顯著變化這些區(qū)域包括嗅球下丘腦端腦等多個(gè)重要腦區(qū)。

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
本研究的創(chuàng)新之處在于成功地將光片熒光顯微鏡與其他多種技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建了一套完整的成年斑馬魚全腦活動(dòng)圖譜繪制流程。光片熒光顯微鏡以其快速成像低光毒性高分辨率等優(yōu)勢(shì)成為該研究中的關(guān)鍵工具。通過(guò)光片熒光顯微鏡研究人員不僅能夠清晰地觀察到斑馬魚大腦中神經(jīng)活動(dòng)的分布還能夠?qū)⑦@些活動(dòng)與特定的行為模式相聯(lián)系。此外光片熒光顯微鏡與其他技術(shù)的結(jié)合使得研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全腦活動(dòng)的高分辨率成像自動(dòng)化分析和功能腦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。這一成果不僅為斑馬魚神經(jīng)科學(xué)研究提供了新的技術(shù)手段也為理解大腦活動(dòng)與行為之間的關(guān)系提供了新的視角。

總結(jié)與展望
光片熒光顯微鏡在斑馬魚全腦活動(dòng)圖譜的構(gòu)建中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。通過(guò)光片熒光顯微鏡研究人員成功地捕捉到了斑馬魚大腦中神經(jīng)活動(dòng)的分布并構(gòu)建了相關(guān)的行為功能腦網(wǎng)絡(luò)。這一成果不僅展示了光片熒光顯微鏡在全腦活動(dòng)圖譜繪制中的強(qiáng)大能力也為神經(jīng)科學(xué)研究提供了新的技術(shù)手段和研究思路。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化光片熒光顯微鏡技術(shù)以提高成像的分辨率和速度。此外還可以結(jié)合其他神經(jīng)科學(xué)研究手段如電生理記錄基因編輯等深入探究功能腦網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的深入光片熒光顯微鏡將在神經(jīng)科學(xué)研究中發(fā)揮更大的作用。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Rajput N, Parikh K, Squires A, Fields KK, Wong M, Kanani D, Kenney JW. Whole-brain mapping in adult zebrafish and identification of the functional brain network underlying the novel tank test. eNeuro. 2025 Mar 11;12(3):ENEURO.0382-24.2025.

DOI:10.1523/ENEURO.0382-24.2025.