图1. 改进的绿色5-HT探针和全新的红色5-HT探针的开发与刻画

开发出红绿双全的新一代5-HT探针后，作者充分利用这些探针的优势，研究了5-HT及其它神经化学信号的时空特征。

为了在神经化学信号种类上“看得多”，r5-HT1.0能与其它绿色荧光探针进行双色成像，实现了不同信号的同时检测。本研究中，在小鼠基底前脑（Basal Forebrain，BF）同时记录了5-HT能神经元轴突的钙活动（绿色GCaMP6s）以及轴突释放的5-HT（红色r5-HT1.0）的动态变化，发现二者存在很高的相关性（图2）。

图2. 光纤双色记录基底前脑的5-HT和5-HT能神经元轴突钙信号

为了在成像区域上“看得广”，本研究结合了大视场荧光成像技术和新的g5-HT3.0探针，实现大尺度、多脑区的5-HT实时监测。首次在小鼠背侧皮层监测到了不同条件下的5-HT释放特征，如发现了睡眠觉醒周期存在5-HT水平的动态变化，尤其是非快速眼动睡眠（non-rapid eye movement，NREM）期间的震荡，而同一时刻不同脑区则展现出相对均一的变化（图3）。结合双色成像进一步发现，在癫痫的病理条件下，背侧皮层存在着5-HT“波”的传播，并且5-HT“波”紧随着钙“波”或者内源大麻素“波”进行传播。以上结果展现了5-HT在大脑不同状态下具有空间特异性的调控特征，为深入理解其功能提供了有力的工具。

图3. 睡眠觉醒周期小鼠背侧皮层5-HT的时空动态

本研究开发了全新的红色5-HT探针和灵敏度大幅提升的绿色5-HT探针，并且使用这些探针研究了不同生理和病理过程中5-HT的时空动态特征，实现了活体动物中5-HT动态监测的突破——即从“看得见”到“看得清”、“看得多”和“看得广”，加深了对5-HT能系统的了解。这些探针也将为相关领域的研究提供强有力的工具，进一步推动新的科学发现与见解的产生。