超灵敏电压成像揭示神经元中不同的电活动微区

为了使大脑实现计算，电信号必须沿单个神经元的膜传播，将突触输入连接到突触输出。复杂的神经元形态，结合突触输入与输出的空间组织方式，使得多样化的电压转换成为可能，而这些转换构成了细胞类型特异性计算的基础。然而，在体测量这些转换始终具有挑战性，从而在我们对单神经元计算的机制性理解中留下了一个关键空白。在此，我们开发了 ASAP7y，这是一种具有空前亚阈值敏感性并在小鼠和果蝇中均具有扩展激发兼容性的基因编码电压指示器。我们将 ASAP7y 与双光子随机访问显微镜技术相结合，记录了果蝇中单个神经元神经突起沿线、由感觉刺激诱发的电压动力学，其分辨率达到了毫秒级、亚细胞级和亚阈值水平。我们发现，不同细胞类型之间的电压传播存在显著异质性，界定了电特性多样性的一个基本维度。借助视觉系统的纳米尺度电子显微镜重建，我们对跨越 717 种细胞类型的单神经元电紧张特性进行了建模，揭示了形态如何塑造电压转换。最后，我们证明，受限的电压传播为局部计算创造了基础，从而在多种细胞类型中产生了具有不同特征选择性的亚细胞区域。这些结果为关键的单神经元计算如何产生提供了机制性见解，并揭示了单神经元中的并行处理。

为了使大脑进行计算，电信号必须沿单个神经元的膜传播，将突触输入连接到突触输出。复杂的神经元形态，结合突触输入与输出的空间组织方式，使得多样化的电压转换成为可能，而这些转换构成了细胞类型特异性计算的基础。然而，在体测量这些转换始终具有挑战性，从而在我们对单个神经元计算机制的理解中留下了一个关键空白。在此，我们开发了 ASAP7y，这是一种基因编码电压指示器，具有前所未有的阈下敏感性，并在小鼠和果蝇中均具备更广泛的激发兼容性。我们结合 ASAP7y 与双光子随机访问显微技术，在果蝇中沿单个神经元的神经突起记录了由感觉刺激诱发的电压动力学，实现了毫秒级、亚细胞级和阈下分辨率。

我们发现，不同细胞类型之间的电压传播存在显著异质性，从而界定了电特性多样性的一个基本维度。借助视觉系统的纳米尺度电子显微镜重建，我们对跨越 717 种细胞类型的单个神经元电紧张特性进行了建模，揭示了形态如何塑造电压转换。最后，我们证明，受限的电压传播为局部计算创造了基础，使多个细胞类型中的亚细胞区域形成具有不同特征选择性的功能域。这些结果为关键的单神经元计算如何产生提供了机制性见解，并揭示了单个神经元内部的并行处理。

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🏷️ 电压成像 基因编码电压指示器 单神经元计算 亚细胞电活动 双光子显微镜 果蝇视觉系统