在神经科学领域，斑马鱼作为模式生物的价值日益凸显，但其成年个体的全脑活动映射技术长期处于空白。近期，一项由韦恩州立大学科研团队开展的研究，成功搭建了一套适用于成年斑马鱼的全脑活动映射开源管道，并以此揭示了 “新鱼缸测试” 背后的神经网络机制。该研究通过整合组织透明化、光片显微成像及机器学习等技术，首次实现了成年斑马鱼全脑范围内的神经活动精准定位，为探索脊椎动物脑功能提供了关键工具。

这项重要研究由Neha Rajput、Kush Parikh及Justin W. Kenney等学者共同完成，发表于2025年3月的《eNeuro》期刊，题为《成年斑马鱼全脑映射及新鱼缸测试功能脑网络的鉴定》。研究不仅填补了成年斑马鱼全脑研究的技术空白，还通过解析探索行为对应的神经环路，为理解脊椎动物脑-行为关系提供了全新视角。

重要发现
01光片荧光显微镜的成像原理与优势
光片荧光显微镜是一种先进的光学成像技术其核心原理是利用一束薄薄的光片照射样品仅激发样品中一个薄层的荧光分子从而实现对样品的快速低光毒性成像。与传统的共聚焦显微镜相比光片荧光显微镜具有显著的优势。首先它能够对较大体积的生物样本进行快速三维成像大大提高了成像效率。由于光片显微镜仅激发样品的一个薄层因此可以有效减少光漂白和光毒性对样品的影响这对于长时间观察活体样本或对光敏感的生物组织尤为重要。利用光片荧光显微镜对透明化后的斑马鱼大脑进行成像，成功捕捉大脑中c-fos基因的表达情况。通过荧光标记c-fos能够在光片荧光显微镜下清晰地观察到大脑中各个区域的神经活动情况。成像结果显示在斑马鱼探索新环境后大脑中多个区域的c-fos表达水平发生了显著变化这些区域包括嗅球下丘脑端脑等多个重要脑区。

02 光片荧光显微镜在全脑活动图谱中的应用
光片荧光显微镜的应用不仅局限于对单个脑区的成像更是实现了对整个斑马鱼大脑的全面观察。通过光片荧光显微镜，能够以高分辨率获取全脑范围内的神经活动信息这对于构建全脑活动图谱至关重要。在实验中对斑马鱼大脑进行了组织透明化处理这一关键步骤使得原本不透明的大脑组织变得透明从而为后续的光学成像创造了条件。随后利用光片荧光显微镜对透明化后的全脑样本进行成像成功地捕捉到了大脑中c-fos基因的表达情况。通过对多个斑马鱼大脑样本的成像能得到不同脑区c-fos阳性细胞的数量分布情况。这些数据为进一步的功能脑网络构建提供了重要的基础。此外光片荧光显微镜的高分辨率成像能力还使得研究人员能够观察到单个细胞水平的神经活动这对于理解大脑活动的微观机制具有重要意义。

03 光片荧光显微镜与其他技术的结合
在本研究中光片荧光显微镜并非单独使用而是与其他多种技术相结合以实现更强大的功能。首先光片荧光显微镜与组织透明化技术相结合能够对较大体积的生物样本进行成像。透明化处理后的斑马鱼大脑不仅保留了其三维结构还能够被光片荧光显微镜清晰地成像。其次光片荧光显微镜与荧光标记技术相结合使得研究人员能够特异性地检测到神经活动标记物c-fos的表达情况。通过原位杂交链反应（HCR）技术研究人员将c-fos mRNA的表达转化为可被光片荧光显微镜检测到的荧光信号。此外光片荧光显微镜还与图像配准技术相结合能够将成像得到的大脑图像与已有的数字脑图谱进行精准匹配。通过ANTs软件包研究人员将光片荧光显微镜成像得到的大脑图像与成年斑马鱼脑图谱（AZBA）进行了高精度配准。这一过程不仅提高了图像分析的效率还为后续的脑区识别和功能分析提供了准确的空间参考。与机器学习技术相结合使得神经活动能够自动化地检测和被分析。

创新与亮点
本研究的创新之处在于成功地将光片荧光显微镜与其他多种技术相结合构建了一套完整的成年斑马鱼全脑活动图谱绘制流程。光片荧光显微镜以其快速成像低光毒性高分辨率等优势成为该研究中的关键工具。通过光片荧光显微镜研究人员不仅能够清晰地观察到斑马鱼大脑中神经活动的分布还能够将这些活动与特定的行为模式相联系。此外光片荧光显微镜与其他技术的结合使得研究人员能够实现对全脑活动的高分辨率成像自动化分析和功能脑网络构建。这一成果不仅为斑马鱼神经科学研究提供了新的技术手段也为理解大脑活动与行为之间的关系提供了新的视角。

总结与展望
光片荧光显微镜在斑马鱼全脑活动图谱的构建中发挥了至关重要的作用。通过光片荧光显微镜研究人员成功地捕捉到了斑马鱼大脑中神经活动的分布并构建了相关的行为功能脑网络。这一成果不仅展示了光片荧光显微镜在全脑活动图谱绘制中的强大能力也为神经科学研究提供了新的技术手段和研究思路。未来的研究可以进一步优化光片荧光显微镜技术以提高成像的分辨率和速度。此外还可以结合其他神经科学研究手段如电生理记录基因编辑等深入探究功能脑网络中的神经环路机制。随着技术的不断进步和研究的深入光片荧光显微镜将在神经科学研究中发挥更大的作用。

论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
Rajput N, Parikh K, Squires A, Fields KK, Wong M, Kanani D, Kenney JW. Whole-brAIn mapPIng in adult zebrafish and identification of the functional brain network underlying the novel tank test. eNeuro. 2025 Mar 11;12(3):ENEURO.0382-24.2025.

DOI:10.1523/ENEURO.0382-24.2025.