《eNeuro》：光片熒光顯微鏡呈現斑馬魚全腦活動圖譜_abio生物試劑品牌網
在神經科學領域，斑馬魚作為模式生物的價值日益凸顯，但其成年個體的全腦活動映射技術長期處于空白。近期，一項由韋恩州立大學科研團隊開展的研究，成功搭建了一套適用于成年斑馬魚的全腦活動映射開源管道，并以此揭示了 “新魚缸測試” 背后的神經網絡機制。該研究通過整合組織透明化、光片顯微成像及機器學習等技術，首次實現了成年斑馬魚全腦范圍內的神經活動精準定位，為探索脊椎動物腦功能提供了關鍵工具。
這項重要研究由Neha Rajput、Kush Parikh及Justin W. Kenney等學者共同完成，發表于2025年3月的《eNeuro》期刊，題為《成年斑馬魚全腦映射及新魚缸測試功能腦網絡的鑒定》。研究不僅填補了成年斑馬魚全腦研究的技術空白，還通過解析探索行為對應的神經環路，為理解脊椎動物腦-行為關系提供了全新視角。
重要發現
01光片熒光顯微鏡的成像原理與優勢
光片熒光顯微鏡是一種先進的光學成像技術其核心原理是利用一束薄薄的光片照射樣品僅激發樣品中一個薄層的熒光分子從而實現對樣品的快速低光毒性成像。與傳統的共聚焦顯微鏡相比光片熒光顯微鏡具有顯著的優勢。首先它能夠對較大體積的生物樣本進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樣品的一個薄層因此可以有效減少光漂白和光毒性對樣品的影響這對于長時間觀察活體樣本或對光敏感的生物組織尤為重要。利用光片熒光顯微鏡對透明化后的斑馬魚大腦進行成像，成功捕捉大腦中c-fos基因的表達情況。通過熒光標記c-fos能夠在光片熒光顯微鏡下清晰地觀察到大腦中各個區域的神經活動情況。成像結果顯示在斑馬魚探索新環境后大腦中多個區域的c-fos表達水平發生了顯著變化這些區域包括嗅球下丘腦端腦等多個重要腦區。
光片熒光顯微鏡的應用不僅局限于對單個腦區的成像更是實現了對整個斑馬魚大腦的全面觀察。通過光片熒光顯微鏡，能夠以高分辨率獲取全腦范圍內的神經活動信息這對于構建全腦活動圖譜至關重要。在實驗中對斑馬魚大腦進行了組織透明化處理這一關鍵步驟使得原本不透明的大腦組織變得透明從而為后續的光學成像創造了條件。隨后利用光片熒光顯微鏡對透明化后的全腦樣本進行成像成功地捕捉到了大腦中c-fos基因的表達情況。通過對多個斑馬魚大腦樣本的成像能得到不同腦區c-fos陽性細胞的數量分布情況。這些數據為進一步的功能腦網絡構建提供了重要的基礎。此外光片熒光顯微鏡的高分辨率成像能力還使得研究人員能夠觀察到單個細胞水平的神經活動這對于理解大腦活動的微觀機制具有重要意義。
03 光片熒光顯微鏡與其他技術的結合
在本研究中光片熒光顯微鏡并非單獨使用而是與其他多種技術相結合以實現更強大的功能。首先光片熒光顯微鏡與組織透明化技術相結合能夠對較大體積的生物樣本進行成像。透明化處理后的斑馬魚大腦不僅保留了其三維結構還能夠被光片熒光顯微鏡清晰地成像。其次光片熒光顯微鏡與熒光標記技術相結合使得研究人員能夠特異性地檢測到神經活動標記物c-fos的表達情況。通過原位雜交鏈反應（HCR）技術研究人員將c-fos mRNA的表達轉化為可被光片熒光顯微鏡檢測到的熒光信號。此外光片熒光顯微鏡還與圖像配準技術相結合能夠將成像得到的大腦圖像與已有的數字腦圖譜進行精準匹配。通過ANTs軟件包研究人員將光片熒光顯微鏡成像得到的大腦圖像與成年斑馬魚腦圖譜（AZBA）進行了高精度配準。這一過程不僅提高了圖像分析的效率還為后續的腦區識別和功能分析提供了準確的空間參考。與機器學習技術相結合使得神經活動能夠自動化地檢測和被分析。
創新與亮點
本研究的創新之處在于成功地將光片熒光顯微鏡與其他多種技術相結合構建了一套完整的成年斑馬魚全腦活動圖譜繪制流程。光片熒光顯微鏡以其快速成像低光毒性高分辨率等優勢成為該研究中的關鍵工具。通過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活動的分布還能夠將這些活動與特定的行為模式相聯系。此外光片熒光顯微鏡與其他技術的結合使得研究人員能夠實現對全腦活動的高分辨率成像自動化分析和功能腦網絡構建。這一成果不僅為斑馬魚神經科學研究提供了新的技術手段也為理解大腦活動與行為之間的關系提供了新的視角。
總結與展望
光片熒光顯微鏡在斑馬魚全腦活動圖譜的構建中發揮了至關重要的作用。通過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活動的分布并構建了相關的行為功能腦網絡。這一成果不僅展示了光片熒光顯微鏡在全腦活動圖譜繪制中的強大能力也為神經科學研究提供了新的技術手段和研究思路。未來的研究可以進一步優化光片熒光顯微鏡技術以提高成像的分辨率和速度。此外還可以結合其他神經科學研究手段如電生理記錄基因編輯等深入探究功能腦網絡中的神經環路機制。隨著技術的不斷進步和研究的深入光片熒光顯微鏡將在神經科學研究中發揮更大的作用。
論文信息
聲明：本文僅用作學術目的。
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.
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