神经元需要解决
神经科学，生物学中最迷人的话题之一，仍然隐藏着生命科学中最复杂的秘密，包括身心问题。有关这一问题历史的简要概述，请参阅[1、2］．关于大脑功能重要性的猜测可以追溯到古埃及，尽管当时人们还不认为大脑在人类中起着至关重要的作用。大约在公元200年，盖伦提出了“脑室学说”(Ventrikellehre)，该学说怀疑神经是一种空心管，感觉和刺激通过它传递(脑室起着控制权威的作用)。很快，这些想法导致了心室承载不朽灵魂的假设。事实上，直到18岁，这些概念才被“接受”(即由神职人员教条地建立)th世纪。
一个巨大而复杂的通道系统的运作需要空心神经连接在一起，并允许材料在已经描述的各种结构之间运输。随着显微镜的发明和改进，1839年Matthias Schleiden和Theodor Schwann的作品表明，所有有生命的物质(包括神经)都是由细胞组成的[3.］．这本书的标题已经说明了显微镜在生物学中所扮演的重要角色。然而，没有明确的证据表明这些神经细胞是否保持独立或相互连接，从而形成横跨整个生物体的巨大合胞体。圣地亚哥·卡哈尔(Ramón y Cajal)最终做出了关于神经对于液体的“螺旋体动物”是否可渗透的决定，或者这个概念到底是否错误的决定[4在1890年到1900年之间。他能够证明神经结构(后来被称为神经元)是由一个独特的缝隙隔离的。这一突破是在发展了适当的标本制备(乙醇和铬酸固定)和染色技术(高尔基银染色)之后才有可能的。
这些技术允许制备薄而实的(即可管理的)大脑切片，具有良好的对比度，高特异性和高分辨率。然而，主要的突破是使用了高分辨率显微镜，能够成像这些制剂中的微小细节。打开新世界大门的钥匙是1878年恩斯特·卡尔·阿贝发明的油浸技术，它将(普通的)显微镜分辨率从1/3 μ m显著提高到1/5 μ m，直到1994年斯特凡·黑尔发明了发生的显微镜。
神经科学，生物学中最迷人的话题之一，仍然隐藏着生命科学中最复杂的秘密，包括身心问题。有关这一问题历史的简要概述，请参见1、2．关于大脑功能重要性的猜测可以追溯到古埃及，尽管当时人们还不认为大脑在人类中起着至关重要的作用。大约在公元200年，盖伦提出了“脑室学说”(Ventrikellehre)，该学说怀疑神经是空心管，感觉和刺激通过它传递(脑室起着控制权威的作用)。很快，这些想法导致了心室承载不朽灵魂的假设。事实上，直到18岁，这些概念才被“接受”(即由神职人员教条地建立)th世纪。
一个巨大而复杂的通道系统的运作需要空心神经连接在一起，并允许材料在已经描述的各种结构之间运输。随着显微镜的发明和改进，1839年Matthias Schleiden和Theodor Schwann的作品表明，所有有生命的物质(包括神经)都是由细胞组成的3.．这本书的标题已经说明了显微镜在生物学中所扮演的重要角色。然而，没有明确的证据表明这些神经细胞是否保持独立或相互连接，从而形成横跨整个生物体的巨大合胞体。圣地亚哥Ramón y Cajal最终做出了关于神经对于液体“螺旋体动物”是否可渗透的决定，或者这个概念到底是否错误4在1890年到1900年之间。他能够证明神经结构(后来被称为神经元)是由一个独特的缝隙隔离的。这一突破是在发展了适当的标本制备(乙醇和铬酸固定)和染色技术(高尔基银染色)之后才有可能的。
这些技术允许制备薄而实的(即可管理的)大脑切片，具有良好的对比度，高特异性和高分辨率。然而，主要的突破是使用了高分辨率显微镜，能够成像这些制剂中的微小细节。打开新世界大门的钥匙是1878年恩斯特·卡尔·阿贝发明的油浸技术，它将(普通的)显微镜分辨率从1/3 μ m显著提高到1/5 μ m，直到1994年斯特凡·黑尔发明了发生的显微镜。
第三维度-共聚焦和多光子显微镜
广域显微镜图像，当使用高分辨率浸入技术时，包含了来自焦平面和来自该平面上下所有层的信息。如果样本很薄，这些贡献可以忽略不计。在较厚的样品中，特别是对复杂结构进行密集荧光染色时，相关信息可能会被失焦雾霾所掩盖。这个问题导致马文·明斯基发明并设计了第一台共聚焦显微镜，试图解决他在检查高尔基染色的厚大脑切片时遇到的问题。5］．共聚焦显微镜如何能够生成光学切片，详见“共聚焦显微镜-光路”教程[6］．
大多数细胞在空间维度上具有相当的大小。神经元是不同的。主体——体细胞——的形状与许多其他细胞相似。但是树突和轴突及其分支的复杂分支使神经细胞成为一个非常立体的物体。直径小于一微米的细长树枝状或轴突的延伸，长度从一毫米到几米不等。在大脑中，数十亿个这样的细胞由数千个突触连接在一起。粗略估计，每个人有1000亿个神经元，相当于10个左右21对于目前世界70亿人口中的所有人类神经元来说，“人类的神经系统”。互联网作为连接网络，显示器-视网膜系统作为人工突触，这些确实形成了一个难以想象的计算系统，包括你和我的大脑——不管你喜欢与否。尽管大脑是一个高度有序和有组织的系统，但从解剖学角度看，它就像一碗巨大的意大利面。为了梳理单个神经元的运动轨迹，染色技术被发明并应用。有了专门的染料(大部分是脂溶性荧光标记物)，就有可能在整个意大利面碗中对单个神经元进行染色。剩下的就是显微镜了。
共聚焦成像提供了高对比度的3D数据，但对于非常深的成像，采用了不同的技术:多光子激发[7］．这也是一种光学切片扫描技术，但在较深的层中，由于散射而发生的光学退化要小得多。显然，随着荧光蛋白和生物传感器的发展，荧光染色的成像和研究领域正在不可思议地扩大。只是命名为brainbow [8的技术，在这种技术中，一组染料以不同的强度表达，使得不仅仅是一个，而是几百个不同的神经元仅凭它们不同的音调就能被区分出来。新技术发生的或者定位显微镜在光学显微镜中允许更高的清晰度，超过1/3 μ m，理论上无限分辨率。其他技术,如汽车(相干反斯托克斯拉曼光谱学)和衍生物提供了不需要特定标记就能成像神经组织的可能性。
工具和功能成像
除了结构分析，显微镜在神经科学的其他领域也很重要。首先，它是电生理学中不可缺少的工具。在这里，它只是用来观察微移液管时，试图刺入移液管尖端的神经元。在做膜片钳实验时，差分干涉对比(Nomarski [10)是一种标准技术。但不只是作为电生理实验的辅助:相位对比和差分干涉对比已经成为研究生命细胞制备，包括神经元不可或缺的。这些实验的结果之一是发现囊泡轴突在进出体细胞的过程中有顺行和逆行的囊泡运输。虽然现在已经证明物质运输发生在空心管中(轴突和树突)，但这并不能恢复盖伦的脑室学说。
这种转运与神经刺激的传导无关，而与提供信号转导的相关结构有关。
从这些早期的功能研究来看，将荧光显微镜应用于神经科学并不是一段很长的路。一方面，通过将荧光标记的抗体应用到神经元特异性蛋白上来检索结构信息。荧光蛋白使科学家能够研究蛋白质在发育和分化过程中的遗传调节。一种应用是通过荧光指示器记录钙浓度的变化或神经元膜上电势的变化。这些指示器最初被设计为直接传感器。与此同时,许多烦恼基于多种不同代谢物、离子和细胞参数的生物传感器已经可用并正在使用中;包括内源性表达的传感器[11作为荧光蛋白的衍生物。
这些技术可以在不注射化学药品和染料或通过其他侵入性手段输入的情况下监测大脑的工作。已通过在打开的头骨上安装一个真正的玻璃窗进行高分辨率的深度成像，大脑研究成为可能。这在这一页的顶部的图像中显示出来，在多光子显微镜中，一个老鼠的头是通过黏土模型定位的。在活的有机体内使用专用物镜在完整的小鼠大脑中成像。目标是一个20倍水浸透镜1.0 NA的最高分辨率在大的观察区域。
参考文献
- 维基百科:神经科学，10月30日th(2011)。
- Wikipedia: Geschichte der Hirnforschung, 10月30日th(2011)。
- Schwann T: Mikroskopische Untersuchungen über die Übereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Thiere und Pflanzen。桑德的柏林(1839)。
- Ramon y Cajal SF: Revista Trimestral de Histología Normal y Patológica(1888年5月)。
- BR:共聚焦显微镜和多光子激发显微镜。P. 85, SPIE出版社(2006)。
- 共聚焦显微镜-光路。徕卡科学实验室(2011)。
- Diaspro A:共聚焦和双光子显微镜;基础、应用与进展。威利父子(2002)。
- Lichtman JW, Livet J和snes JR:连接组的技术色彩方法，自然评论神经科学9:6 (2008)417-422;doi: 10.1038 / nrn2391。
- Gamse JT等人:斑马鱼间脑中的松突旁介导左右不对称。发展130(2003)1059-68(2003)。
- 诺玛斯基:Microinterféromètre différentiel à ondes polarisées。物理镭16(1955)9-11(巴黎)。
- 斯坦梅茨我:这部电影-烦恼溶液中:天蓝-黄橼酸生物传感器的体外测量。徕卡科学实验室(2011)。