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***意识。其中比较著名的大概是维也纳医***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***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***联系。
Brodmann map。来源于：
https://en.***.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***理学的方法，通过记录在受到***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***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***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。
在实际应用中，光遗传学技术需要借助病毒或转基因技术来实现对特定核团或者细胞类型的操控，因此对于特定的细胞亚型并不是很方便。此外，最近开发的GCaMP6以及其它钙信号感受荧光蛋白和电压敏感的探针则可以使空间分辨率达到细胞甚至亚细胞水平, 正在各个领域的研究中被广泛使用【8, 9】。北大李毓龙老师和加州大学Lin Tian 老师最近开发的基于神经递质受体构象变化而产***荧光的神经递质受体探针，则可以监测受到某种特定***之后的细胞活动，为功能性神经环路的mapping提供了另一个角度【10-12】（NBT | 北大李毓龙组开发新型乙酰胆碱荧光探针——专家点评；Cell丨李毓龙组开发新型多巴胺荧光探针——仇子龙点评）。并且利用神经递质来检测神经活动还有一个好处是可以在了解特定的功能之后直接给药.
神经环路的另一个重要方面结构性神经环路，主要是描述脑区之间或者神经细胞之间固有的物理联系。分辨率最高的显微镜是电镜，目前神经细胞之间连结完全搞清楚的线虫就是通过电镜描绘的【13】。然而正是由于电镜分辨率高， 数据的采集，重构都需要花费大量的时间和计算方法，因此通量和效率就是一个问题。这一点从利用电镜研究神经环路的权威Jeff Lichtman 发表文章的情况可以略知一二, 不过,Jeff 已经功成名就，期待他们有更多的数据库出来供大家参考。另外一个方法就是利用病毒或各种示踪染料进行顺行和逆行标记，这种方法通量比较高，实验需要的时间也比较短，因此目前使用较多，最近尤其常见于各种神经科学环路mapping 的工作中。在使用改造病毒进行示踪比较有效的实验室***括Salk 研究所的Ed Callaway，Stanford 的骆利群实验室，Janelia 的Alla Karpova 实验室, 使用顺行标记的如USC的Li Zhang，Columbia 的 Thomas Jessell ， Caltech的David Anderson等。因为实验的具体需要，目前逆行标记的使用更为广泛。 这方面的研究已经有很多文献可以参考【14】，读者可以自行查阅。病毒注射示踪的短板在于对注射的一致性要求很高。如果需要标记特定的细胞类型，需要使用转基因工程鼠或者多次注射。如果对分辨率的要求再低一些，则可以使用DTI观察核团或脑区之间是否存在神经纤维连接。
2月21日，北京大学饶毅课题组一项发表在Neuron题为Chemoconnectomics: Mapping Chemical Tran***ission in Drosophila的研究中，研究人员利用另外一种方法对果蝇的神经元进行遗传标记：即标记神经递质转运体或者其合成酶，以及神经调质及其受体。
