这是现代神经科学中的一个大问题：大脑的结构和活动与功能如何相关?神经科学家研究这些关系动力学的主要方法之一是通过荧光成像在小鼠大脑中测量神经活动，这一过程由于脑组织及其交织和重叠的神经纤维的密度而变得困难。在与加利福尼亚大学旧金山分校的合作者共同努力下，巴克研究所的研究人员开发了一些工具，这些工具通过使神经回路的成像更容易，更精确而​​使问这个大问题变得容易。结果发表在Neuron上。

在巴克助理教授詹妮弗·加里森(Jennifer Garrison)博士的带领下，研究人员利用核糖体(一种在细胞内制造蛋白质的大型“机器”)将传感器锚定在细胞体内，或称“体细胞”。神经元具有独特的结构，其纤维从躯干分支出来，称为轴突和树突。这些纤维通常占细胞体积的90%以上。当荧光蛋白散布到神经元的所有部分，并且该神经元嵌入与其他神经元及其交织在一起的分支密密麻麻的大脑组织中时，从单个细胞中分离信号可能很棘手。

在这项研究中，研究人员表明，拴在核糖体亚基上的纳米抗体可用于在体细胞中捕获绿色荧光蛋白(GFP)，并将其从轴突和树突中排除，从而可以直接观察到以前无法检测到的低水平荧光。他们还将遗传编码的钙传感器(GCaMP)拴在核糖体上，以将其捕获在细胞体内。激活神经元后，钙通道就会打开，从而使钙水平的变化成为神经元活动的代表。新的riboGCaMP工具可以跟踪混杂神经元体细胞内的钙动力学，同时消除组织中神经纤维缠结网络的污染串扰。

加里森说：“这是向神经科学家使用的现有分子成像工具箱增加功能的一种转折，”加里森说，并补充说，当前的成像技术通常需要使用许多分析工具来在采集成像数据后对其进行清理。“通过鼠标，它解决了摆脱周围轴突和树突产生的背景荧光和虚假活动的问题。我们认为这将对社区广泛有用，这令人兴奋。”

加里森说，核糖体GCaMP可用于小鼠脑部的长期成像实验，因为核糖体会随着时间在细胞体内可靠地表达。“可以返回相同的神经元长达六个月的图像，这在您对活体动物进行成像时非常有帮助-它使我们能够纵向监视同一只动物的神经元活动，而不是随着时间的推移查看不同的群组”。

该工具还可以用于线虫线虫C. elegans，使全脑成像具有更快的动力学和更亮的荧光。当前，蠕虫大脑中的大多数成像都使用位于核内的GCaMP，该核距发生神经元传递的突触更远。加里森说：“在蠕虫和小鼠的大脑中，您都可以在种群水平上测量神经元的活动。在蠕虫中，您可以在全脑水平上查看所有神经元的动力学，这是了解神经回路如何起作用的关键。”