若想对大脑中的活动，神经生物学家会怎么做？当然，他们能解剖大脑，并对分离出的细胞和组织切片成像，或者，他们也能对固定的动物进行核磁共振扫描。但是，如果想要真正了解大脑在遇到复杂环境时的运作方式，我们需要尽可能使动物表现出自然的行为。不过，到目前为止，还没有人发明出核磁共振的头盔，让研究对象戴着进行日常活动。即使有这样的头盔，研究人员也仅限于查看与某些刺激相关的神经活动的较大改变。

荧光显微镜也难担此重任，这么大的显微镜如何安装在小鼠的头部？活体荧光成像的常用方法是去除或削薄覆盖大脑的颅骨区域，然后将动物的脑袋固定在双光子显微镜的物镜上。这通常需要麻醉动物，直至后来研究人员陆续开发出一些可随动物移动的显微镜。但这些显微镜要么会制约头部，要么需要侵入脑部。

为了开发出侵害性更小的显微镜，德国马普研究院的Jason Kerr及同事开发出一种安装在大鼠头部的双光子显微镜，安装之后，大鼠能够自由活动。所有的显微镜光学设备放置在这种小型显微镜中，而激发光和发射光是由光纤传输和收集的。这种显微镜足够小，不会影响小动物的日常活动。大鼠在携带显微镜时，表现出正常的跑、挖洞、进食等行为。

为了展示此系统的独特能力，Kerr及同事们观察了视皮层的2/3层中神经元群体的钙瞬变。图像最多包含20个神经元，能稳定地连续记录5分钟以上，即使动物以0.6 m/s的速率跑动。神经钙瞬变很容易检测到，且观察到对不同静态视觉刺激的反应。当大鼠凝视静态图像时，神经活性增加，研究人员记录到35个神经元中的7个有显著升高。

Kerr表示：“它就像自然的视觉。大鼠与环境自由地相互作用。”Kerr设想他们的装置未来能应用在社会行为及捕食等复杂的行为上，他们也在为此做准备。你可以想象，在未来的某一天，两个动物也许会紧盯着对方头上的奇怪装置。

这项新技术是一个里程碑式的进步，为大脑感知和注意力相关机制的研究提供了一种新的方法。原文发表在2009年11月2日的《PNAS》杂志上。

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原文摘要：

Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals.

Juergen Sawinski, Damian J. Wallace, David S. Greenberg, Silvie Grossmann, Winfried Denk & Jason N. D. Kerr

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 19557–19562 (2009).