化学是你化学是我（Neuron丨“化学是你，化学是我”）
最近十年，在神经科学领域被科学家提到频率最高的词汇中，“神经环路”绝对榜上有名并且排名很靠前 。有关神经环路的研究因为技术的进步而变得可解决(do-able)，也因此成为当下最热门, 最具活力的研究领域之一 。
最早的神经环路研究，大概源于人们开始思考如何判定大脑怎样指导行为，产生意识 。其中比较著名的大概是维也纳医生Franz Joseph Gall 。基于对病人颅骨形状的观察他发展出颅像学这门伪科学 。虽然现在我们知道这样的判断依据是错的，但是却诞生了”脑区功能分工”这一思想 。后来Broca 区以及Wernicke区受损病人语言功能障碍的症状为语言功能环路奠定了重要的基础，也为大脑功能分区提供了重要的佐证 。此后的Broadmann map以及Penfield的一张著名的cortical homunculus图也是脑功能分区的里程碑 。而神经元学说的普及以及突触的发现更进一步提升了对研究环路分辨率的要求: 具体而言就是神经元甚至亚细胞之间的连接如何，以及这些连接如何与特定行为产生联系 。
Brodmann map 。来源于：
https://en.wikipedia.org/wiki/Brodmann_area
cortical homunculus 。图片来源于：
https://www.sciencenewsforstudents.org/blog/scientists-say/scientists-say-cortical-homunculus
目前根据神经元自身的特性研究神经环路主要分为互相联系的两种类型: 功能性和结构性神经环路研究 。
功能性神经环路如: 研究功能性神经环路笔者首先想到的就是fMRI, PET, 这些技术可以对活体大脑的活动进行实时监测，可以快速获得全面的信息 。不足之处在于受其分辨率的限制只能看到一些脑区的活动, 至于脑区里的哪些细胞在发挥功能则不得而知 。在细胞水平监测神经环路则可以采用电生理学的方法，通过记录在受到刺激前后的细胞的电活动来确定是否存在神经连接，结合药理学手段甚至可以判断这种连接是否发生在单突触水平 。这种方法的缺点是每次只能观察少量的细胞 。在细胞水平上进行较大规模的神经活动监测，可以使用对钙离子敏感的染料，这点要归功于化学生物学家Roger Tsien 。通过对BAPTA和 EGTA进行改造，Roger Tsien 使这些钙螯合剂变成了钙指示剂【1】 。进一步改进后，他还发明了fura2 以及后续一系列信号更强的指示剂【2】 。之后他实验室利用钙敏感的FRET开发出对钙敏感的工具蛋白质使得遗传水平标记细胞成为可能【3】 。基于类似的原理（CaM和M13），2001 年日本科学家开发出新的对钙敏感蛋白质GCaMP【4】 。2005年及以后发表的光学遗传学技术使得直接体外和体内操控神经元成为可能，对功能性神经环路图谱的绘制起到关键性的推动作用【5-7】，揭开可神经环路研究的新篇章 。
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