闪光和冻结揭示了神经连接的动态

突触的结构和功能的统一具有挑战性：在活组织中研究功能，以电生理学以毫秒精度测量电信号，而在纳米级观察精细结构则需要将组织固定以便进行电子显微镜检查。奥地利科学技术学院(IST Austria)教授Peter Jonas及其小组成员，第一作者Carolina Borges-Merjane(博士后)和Olena Kim(博士生)已经开发出一种所谓的“快速冻结”研究哺乳动物脑切片完整神经回路中突触的结构和功能的方法。

方法使信令期间的结构变化可见

“闪光和冻结”是指用于刺激神经元的光的闪光，然后立即冻结组织以将其固定在其最原始的状态。彼得·乔纳斯(Peter Jonas)总结了挑战：“我们通常在乔纳斯实验室进行不可能的实验，而新的研究恰好属于这一类。在这里，我们进行突触，用光刺激它，并在几毫秒内将其射入一个小房间，在负196摄氏度和2,000 bar的压力下冻结结构。然后将样品放入液氮罐中，并准备通过电子显微镜进行分析。

这种设置允许神经科学家立即刺激神经元并冻结组织，以便通过电子显微镜进行分析，从而使刺激后立即可见解剖结构的变化。卡罗莱纳·博尔赫斯·梅尔贾尼(Carolina Borges-Merjane)解释说：“这是研究突触的一种非常动态的方式，我们可以先闪烁然后立即冻结，或者等待几毫秒甚至几秒钟。通过拍摄几张这样的快照，我们可以揭示结构变化的时程。发生在突触传递中。”在活组织中进行的一系列并行电生理实验中，研究人员表征了相同类型突触的功能动力学。通过整合这些数据集，它们显示出结构变化如何引起观察到的功能。

保留在完整网络中的功能

乔纳斯小组提出的方法是对“闪光和冻结”协议的修改，该协议最初用于研究线虫秀丽隐杆线虫的神经元以及单独分离或分离的哺乳动物神经元。所不同的是：新近报道的方法使用了老鼠大脑的切片，其中的神经元网络在很大程度上保持了完整的生命。“神经元的功能通常是在脑组织的切片中研究的，在这些切片中，网络仍保持完整。突触的结构通常是在化学固定的样品中研究的，或者如以前用闪蒸和冷冻方法在游离的神经元中研究的那样。使用我们的方法，我们现在可以使用与研究突触功能相同的制剂同时研究结构”，Olena Kim指出。作者还证明，该方法可广泛应用于不同的大脑区域，因此可用于研究大脑中各种突触。

在结构和功能上定义的囊泡池几乎相同

在原理验证实验中，研究人员分析了皮层突触中的囊泡池。这些囊泡包含将信号传递至邻近神经元的神经递质。他们发现，一旦使用新的整合方法进行观察和分析，就可以发现突触小泡的结构定义的“对接”池和功能上定义的“易于释放的池”几乎几乎相同。乔纳斯解释说：“从未直接证实这一点。我们将结果解释为囊泡融合并与质膜融合的含义。”“我们的发现强调了将结构和功能的研究扩展到皮质回路的重要性。”

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