约翰霍普金斯大学医学院的研究人员已经成功地使用激光辅助成像工具来“观察”学习伸手抓住食物颗粒的老鼠的脑细胞中发生了什么。他们说，他们的实验增加了证据，表明这种基于运动的学习可以发生在大脑的多个区域，甚至是通常与运动控制无关的区域。

理查德·休加尼尔(Richard Huganir)博士说：“科学家应该注视整个大脑，以了解特定的学习类型。”约翰·霍普金斯大学医学院神经科学系所罗门H.斯奈德教授，彭博杰出教授。“大脑的不同部分以不同的方式促进学习，研究大脑细胞受体可以帮助我们理解其工作原理。”

研究人员说，这项工作可能最终会为开发针对学习型和神经认知障碍的治疗方法提供信息。

Huganir和他的研究小组在12月31日在线发表在Neuron上的一份工作报告中说，他们专注于AMPA型谷氨酸受体或AMPARs，这是有助于在脑细胞之间传递信息的关键分子，称为神经元。AMPAR的功能就像天线一样，沿着在神经元上称为突触的特定点的表面形成，在那里它从其他神经元接收分子信号。

为了监视和测量小鼠大脑中AMPAR的水平，科学家此前不得不在学习实验前后对器官进行解剖，并比较差异。现在，科学家可以在学习过程中直接观察大脑，一次记录数千个突触。

在新的实验中，科学家将带有荧光标签的编码DNA的AMPAR注射到小鼠的大脑中，并利用电脉冲使神经元吸收AMPAR DNA。接下来，科学家使用一种称为双光子显微镜的工具，使用激光-本质上是高度聚焦的光束-来检测和测量来自标记AMPAR的荧光量。

Huganir说，更多的荧光表明AMPAR活性和神经元之间的信息传递增加，这表明这些神经元正在学习和记忆。

为了“观察”被测动物神经元的学习情况，Huganir的团队训练了老鼠，用它们的爪子抓住并抓住笼子外面的食物颗粒。正常情况下，小鼠的嘴会产生颗粒。

当小鼠学习如何获取沉淀物时，科学家发现在称为运动皮层的大脑区域，AMPA的活性增加了约20%，运动皮层以控制和精确移动肌肉而闻名。在神经元上，AMPAR看起来像圣诞树上的灯，并且随着活动的增加而发光。

但是实验还表明，视觉皮层中AMPAR活性水平也有相同的增加。

“这是有道理的，因为视觉对于运动控制非常重要，”理查德·罗斯(Richard Roth)博士说，他目前是斯坦福大学的博士后，但他是在休加尼尔实验室做研究生的实验。

罗斯说：“因此，我们再次进行了相同的实验，但是灯关闭了。”

通过使用老鼠看不见的红外光，老鼠最终学会了成功抓取食物，但是视觉皮层中AMPAR的活性增加的幅度较小(10%)。

罗斯说：“我们相信老鼠的大脑在黑暗中使用了不同的感觉线索来学习运动任务，包括触觉和嗅觉，从而使这些其他感觉能够接管。”

接下来，研究小组使用专门的光激活调制器重复实验，以关闭运动皮层或视觉皮层中的神经元。

如果训练小鼠在打开室内灯光的情况下获得小球，则如果关闭其视觉皮层，则小鼠将无法完成任务。罗斯说：“显然，这些小鼠依靠集中在视觉皮层中的学习来达到沉淀。”

但是，最初训练为在黑暗中抓住小球的小鼠仍然可以完成任务，即使其视觉皮层已关闭。

“传统上，我们认为基于运动的学习仅发生在大脑的运动部分，但我们的研究和其他研究表明，它并不像我们想象的那么具体。在学习中，大脑会产生更多的影响。”罗斯

Huganir指出，SYNGAP是控制参与学习的神经元受体的基因之一。他和其他人的研究表明，当基因突变时，它会导致包括智障，自闭症和精神分裂症在内的疾病-所有这些疾病的一部分特征是思维和学习受到干扰。