哈囉你好，我是蝦喵，他是熊熊。熊熊的我來了，正如我冷冷地走，我搖一搖尾巴，不留下一點知識 ~ ~
好久不見呢！前一陣子因為資格考等等緣故，遲至今天這年都要過完了才來和大家見面。（身為一個研究生，拖延症很嚴重也是很正常的。）
今天要和大家聊另一個和光遺傳學並列前二名的神經科學重要技術——透視大法神經細胞活動即時影像技術。也就是，讓科學家們能直接用眼睛看出神經細胞在避沙ㄇㄤˋ（＝變什麼把戲、耍什麼心機），看出每個各懷鬼胎的人的大腦到底是怎麼運作。反正就是一眼看穿心思之術！
什麼？！聽起來好嚇人啊！別急別急，科學距離這步還遠著呢！不然歐巴馬就不需要還播錢搞什麼BRAIN Initiative的偉大計劃啦，都被研究完了嘛！先來看個影片壓壓驚吧！影片裡面的一閃的就是神經細胞在傳送訊息的瞬間。
為什麼看得到神經訊號很厲害？
Anyway，扯遠了。但這項能夠讓原本是電訊號的動作電位變成視覺訊號，確實讓我們往了解大腦更近一大步。為什麼呢？首先，神經訊號在細胞裡是靠電訊號傳遞的。所以在以往，要瞭解一個單獨的神經細胞對於外界刺激的反應（有沒有產生電位變化），我們只能插一個電極進到神經細胞裡（而且因為很難插，不得不用很大很大的烏賊巨大軸突細胞做實驗不然插不進去），用許多複雜的儀器，努力屏蔽所有的電磁雜訊，進行各種濾波才能量到。（非常艱難，相信我，蝦喵姊姊正是苦主本人。）後來，雖然發展到可以不用直接插進細胞只要插在附近也能量到（量測細胞外電位變化），但一根電極能量到的細胞數目畢竟還是很有限。如果要同時看到很多個神經細胞的反應，就必須一次插超多電極把大腦插成刺蝟才行。（而且電極還要夠小根呦！）
光訊號的優勢
但光訊號就不一樣了。如果神經細胞產生反應我們能直接看到，那我們只要用夠好的鏡頭，就能同時偵測鏡頭內每一個神經細胞對於不同刺激的反應。（厲害吧？嘿嘿。）此外，在以往還在用電極的年代（其實這個年代還沒有過去），科學家常常會有觀測上的偏差，只秀出有頻繁變化的神經細胞。那些安靜內斂的內向者神經細胞就被忽視了（哭哭）[1]。但原因和你想像的不一樣（真的嗎？），不是內向者就活該被忽視，而是太安靜只有一兩次電位變化的神經細胞，科學家不太能確定量到的真的是神經訊號還是雜訊，或是其實只是隔壁神經細胞有點燒聲（沙啞）的訊號。影像因為可以直接看到每一個單獨的神經細胞亮或不亮，所以即使只發聲一兩次，仍然會被記錄下來。
到這裡，我們總結一下，光訊號好棒棒，量測較容易，且能同時記錄到很多神經細胞的訊號，也不會偏袒只記錄多話頻繁產生訊號的神經細胞。
光訊號的缺點
那有沒有缺點呢？其實也有。缺點就是，光訊號雖然在空間解析度很好，在時間上的解析度卻沒有電訊號來得好。就是如果兩個以上電訊號發生在很相近的時間中，光訊號會變成一個訊號。所以當科學家看到神經細胞閃一次，很難知道到底神經細胞是產生一個動作電位還是兩個或多個。
如何從電訊號轉成光訊號？
這個原因牽扯到這其中的機制。這是因為目前我們並不是直接看到動作電位，而是看到鈣離子的變化。能直接把動作電位轉成光訊號的蛋白因為技術限制發展得比較晚，目前正在發展改進之中。那看到鈣離子變化是怎麼做到的呢？科學家左手綠螢光蛋白（Green fluroscent protein, GFP)，右手細胞內建的鈣離子接收器（鈣調蛋白，Calmodulin），兩手奮力一碰，啊---- 綠螢光鈣離子接收器！和其他會發光的鈣離子接收器統稱「基因內嵌鈣離子顯示器」（Genetically encoded calcium Indicator)[2] 。從此，這種融合蛋白碰到很多鈣離子就會發出綠色螢光。而剛好細胞產生動作電位時，很多鈣離子會從細胞外流入細胞，流入的鈣離子正好碰到這種融合蛋白就會發出螢光啦！
因為這種融合蛋白並不是天生的，所以科學家就可以進一步決定到底要在什麼細胞裡面放這種融合蛋白。也就是可以只看到我們有興趣的那種神經細胞的變化。
好啦，說到這裡蝦喵累了，相信大家也累了。下一集，我們會來聊一下這種技術的進一步應用。敬請期待。點我看下一集
註1：動作電位是當神經或肌肉細胞內電位變化超過閾值時產生的超大電位變化，這種程度的電位變化產生後能迅速的向下傳遞，並透過釋放化學物質影響下游細胞。除了天生沒有動作電位的線蟲，動作電位大概就是其他非線蟲神經生物學家最在意的事。點我看植物的動作電位
參考資料
[1]Scanziani, M., & Häusser, M. (2009). Electrophysiology in the age of light. Nature, 461(7266), 930-939.
[2]Kotlikoff, M. I. (2007). Genetically encoded Ca2+ indicators: using genetics and molecular design to understand complex physiology. The Journal of physiology, 578(1), 55-67.
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