双光子显微镜展示学习涉及大脑的不同区域
为了探索大脑中学习和记忆的建立方式，约翰·霍普金斯大学医学院的科学家使用了激光辅助成像工具来监测和测量AMPAR分子的水平，从而有助于在老鼠大脑中的神经元之间发送信息。他们的实验增加了证据，即基于运动的学习可以发生在大脑的多个区域，即使是通常与运动控制无关的区域。科学家将带有荧光标签的编码DNA的AMPAR注射到小鼠大脑中，并利用电脉冲迫使神经元吸收AMPAR DNA。使用体内双光子显微镜，他们测量了来自标记AMPAR的荧光量。较高数量的荧光表明AMPAR活性和神经元之间的信息传递增加，这表明正在学习和建立记忆。
在活小鼠中的某个时间点，品红色神经元上的AMPA受体呈绿色。 由Richard Roth和Richard Huganir提供。
当小鼠学习如何用爪子抓取食物颗粒时（他们通常用嘴巴完成这项任务），科学家观察到运动皮层（大脑中控制和移动肌肉的部分区域）的AMPAR活性增加了约20％。实验表明，视觉皮层中AMPAR活性水平同样增加。“这很有意义，因为视觉对于运动控制非常重要，”研究员理查德·罗斯（Richard Roth）说。 “因此，我们再次进行了相同的实验，但这次将灯关闭了。”尽管小鼠学会了如何获取食物，但是当使用红外光（对小鼠不可见的波长）进行测量时，视觉皮层中AMPAR活性的增加较小（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完成。”
研究团队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。他们发现光遗传抑制视觉皮层活动会削弱任务的执行能力。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，他们将无法完成任务。但是，最初训练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，但是我们的研究和其他研究表明，这种学习并不像我们想象的那么具体。在学习中，还有更多的全脑效应。”Richard Huganir教授说：“科学家应该注视整个大脑，以了解特定的学习类型。” “大脑的不同部分以不同的方式为学习做出了贡献，研究脑细胞受体可以帮助我们理解其工作原理。”
