A red-emitting, genetically encoded indicator for two-photon voltage recording in vivo

脳を、数十億もの小さな伝令役（ニューロン）が急速な電気的火花を飛ばして通信し合う、活気ある都市だと想像してみてください。この都市がどのように機能しているかを理解するために、科学者たちは都市の壁を壊すことなく、これらの火花を「聴く」方法を必要としています。

長い間、科学者たちはGEVI（遺伝子コード化電圧指示薬）と呼ばれる特別なツールを使用してきました。これは、特定のタイプのニューロンに科学者がプログラムできる、極小の目に見えない監視カメラのようなものです。ニューロンが電気的な火花を放つと、このカメラが点滅し、科学者がリアルタイムで活動を観察することを可能にします。

しかし、既存のカメラには大きな問題がありました：

• 色の問題： ほとんどのカメラは青や緑の光で点滅していました。しかし、脳の深部（超高層ビルの地下室を覗き込むような状況）を見るためには、二光子励起と呼ばれる特別な「懐中電灯」を使う必要があります。青や緑の光は、厚い霧の中を弱い懐中電灯で照らそうとする時のように、脳の組織によって遮られてしまいます。
• レッド・ギャップ（赤色の空白）： 科学者は、赤く光るカメラを必要としていました。赤色の光は、霧を切り裂いて脳の深部まで到達できる強力なレーザーのようなものです。さらに、赤色の光は他のツール（ニューロンを制御するための青色光スイッチなど）と相性が良く、複数のツールを干渉させることなく同時に使用することができます。

問題点： これまで存在した赤色のカメラは、この深部組織用の「二光子」懐中電灯とうまく機能するには、明るさが足りないか、あるいは動作が遅すぎました。それらは、暗闇の中で高速走行する車を壊れたカメラで鮮明に撮影しようとしているようなもので、結果はぼやけてしまうか、あるいは全く撮れない状態でした。

解決策：VADER1
この論文は、VADER1と呼ばれる新しい発明を紹介しています。VADER1は、深部組織での作業のために特別に設計された、高性能な新しい赤色の監視カメラだと考えてください。

VADER1が、従来のカメラにはできなかったことは以下の通りです：

• 深い視界： 二光子懐中電灯と完璧に機能するため、科学者は脳の最も深い層（具体的には皮質第5層）において、電気的な火花を鮮明に観察することができます。
• 高速かつ柔軟： ニューロンが発火する瞬間の火花を捉えるのに十分な速さを持っています。科学者が脳をランダムにスキャンしている場合（特定の家をチェックするように）でも、素早い掃引動作でスキャンしている場合（警備員が巡回するように）でも、どちらでも機能します。
• チームプレーヤー： 赤く光るため、他のツールと衝突しません。科学者は、VADER1を使って電気的な火花を観察しながら、同時に別のツールを使ってカルシウムレベル（脳活動のもう一つの兆候）を観察するという、「デュアルカラー」のビューを作成できます。

結論
VADER1は、パズルの決定的な欠落していたピースを埋めるものです。これにより、深部脳イメージングと、高速な電気信号および他の神経イベントを同時に観察する能力を、ついに組み合わせることが可能になりました。これは、「全光学的電気生理学」という新しい時代の幕開けとなります。つまり、物理的なワイヤーを挿入することなく、光のみを用いて脳の電気的な都市を「観察」し、「制御」できる時代です。