人工智能改造：从细菌蛋白到大脑监测仪学术资讯

传感器捕捉到的血清素变化情况。

血清素是一种神经化学递质，在大脑控制思想和感觉的方式中起着关键作用。许多抗抑郁药就是通过改变神经元之间的血清素信号传递生效。在最近发表于《细胞》杂志的一篇文章中，美国国立卫生研究院资助的研究人员说明了他们如何利用先进的基因工程技术将细菌蛋白转化为精确监测血清素传递的新型传感器。临床前实验证实，这种传感器不仅可以监测在睡眠、恐惧和社交活动中小鼠大脑血清素水平细微的实时变化，还可以测试精神活性药物的有效性。研究由加州大学戴维斯医学院首席研究员Lin Tian博士领导。

目前的血清素监测方法只能测出血清素信号的大概变化。而在新研究中，研究人员借助人工智能将一种类似捕蝇草形状、可以捕捉营养物质的细菌蛋白质重新设计，改造成一种高灵敏度的传感器，当它捕捉到血清素时会发出荧光。这种细菌蛋白质被称为OpuBC，通常能捕获营养胆碱（胆碱的形状与乙酰胆碱相似）。研究人员使用机器学习算法帮助计算机“想”出了25万个新传感器的设计方案。经过三轮测试，科学家们确定了最终方案。

实验表明，传感器能够可靠地检出大脑中不同水平的血清素，而且对其他神经递质或类似形状药物几乎没有反应。在小鼠脑切片上的实验表明，该传感器对突触通讯点神经元之间发送的血清素信号有反应。同时，在皮氏培养皿中进行的细胞实验表明，该传感器可以有效地监测药物引起的信号变化，包括可卡因、MDMA（也称摇头丸）和几种常用的抗抑郁药物。

上述结果意味着，新发明可以帮助科学家在更自然的条件下研究血清素的神经传递过程。例如，研究人员观察到小鼠清醒时血清素水平会按照预期上升，入睡时血清素水平又会相应下降，而当小鼠最终进入深度睡眠状态时，血清素水平下降得更为明显。传统检测方法则会忽略这些变化。又比如，科学家们还发现，当小鼠受到铃声惊吓时，两个不同的大脑恐惧回路中，血清素水平的变化是不同的。在内侧前额叶皮质回路中，铃声触发血清素水平迅速升高，而在基底外侧杏仁核回路中，神经递质水平则略有下降。

研究人员计划向其他科学家提供该传感器。他们希望新技术可以帮助研究人员更好地了解血清素在日常生活和精神疾病中所起的关键作用。

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编译：小贝

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《细胞》

期刊编号：2073-4409

原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/nion-ass122320.php