神经科学的一个长期目标，是在清醒、活动的哺乳动物中，对不同类型的神经元群体进行膜电压成像。视紫红质衍生的近红外遗传编码电压指示剂 (genetically encoded voltage indicators, GEVIs) 具有较高的时间保真度，并兼容光遗传学操控，而源自磷酸酶或视蛋白电压感应域的绿色荧光GEVI 通常较慢且较亮。由于膜定位差，光稳定性低和信噪比低，将这些电压传感器转入活的哺乳动物大脑一直具有很大的挑战性。麻省理工学院Edward S. Boyden 和美国波士顿大学Xue Han 等研究人员，开发了一种新型荧光电压探针SomArchon，实现清醒活动小鼠多个脑区神经活动的群体成像。该成果于2019 年10 月发表在《自然》杂志。主要结果：（1）研究人员开发了一种遗传编码的荧光电压探针SomArchon，它具有毫秒级的响应时间，并兼容光遗传学操控，可有效提高灵敏度及信噪比。使用SomArchon 观察到的神经元数量，是之前利用完全遗传方法编码探针所观察到神经元的数倍。（2）在常规单光子显微镜下，使用SomArchon 可对头部固定、清醒的、活动的小鼠的大脑区域（如皮层、海马和纹状体），同时进行13 个神经元的常规群体分析。（3）使用SomArchon，研究人员可以检测到小鼠运动过程中，纹状体神经元的正反应和负反应，正如之前使用电生理学技术报道的那样。而使用现代钙成像技术并不容易检测到这种负反应。该研究强调了电压成像的优势，并揭示了纹状体神经元的双向调节模式。（4）研究人员还测试了单个海马神经元脉冲 (spike) 与阈下θ 振荡 (subthreshold theta oscillations) 之间的关系。SomArchon 成像显示，与局部场电位 (local field potential) θ 振荡相比，单个神经元的脉冲与自身阈下θ 振荡存在更多锁相。结论：新型荧光电压探针SomArchon 的实用性很好，它能够记录清醒、活动小鼠中的神经元脉冲和阈下振荡的动态变化，让神经元放电“看得见”。未来几年，随着成像设备以及GEVIs 的发展，简单的单光子显微镜就能够对数十至数百个神经元进行成像，这将极大推动神经科学的发展。

（Piatkevich KD, et al. Population imaging of neural activity in awake behaving mice. Nature, 2019, 574:413-417. 北京大学神经科学研究所，付苏 译 刘风雨 校）