血清素是一种神经化学物质，在大脑控制我们的思想和感情的方式中起着关键作用。例如，许多抗抑郁药被设计为改变神经元之间发送的血清素信号。在《细胞》杂志上的一篇文章中，美国国立卫生研究院资助的研究人员描述了他们如何利用先进的基因工程技术将一种细菌蛋白转化为一种新的研究工具，这种工具可能会帮助监测血清素的传输，比目前的方法更加保真。主要在小鼠身上进行的临床前实验表明，该传感器可以检测睡眠、恐惧和社会交往过程中大脑血清素水平的微妙、实时变化，以及测试新型精神活性药物的有效性。该研究部分由美国国立卫生研究院的 "通过推进创新神经技术研究（BRAIN）计划 "资助，该计划旨在彻底改变我们对健康和疾病条件下大脑的理解。

该研究由加州大学戴维斯分校医学院首席研究员田林博士实验室的研究人员领导。目前的方法只能检测血清素信号传导的广泛变化。在这项研究中，研究人员将一种抓取营养物质的金星捕蝇器形状的细菌蛋白转化为一种高灵敏的传感器，当它捕捉到血清素时就会发出荧光。此前，弗吉尼亚州阿什本市霍华德-休斯医学研究所Janelia研究园区Loren L. Looger博士实验室的科学家们利用传统的基因工程技术，将细菌蛋白转化为神经递质乙酰胆碱的传感器。这种被称为OpuBC的蛋白质通常会抢夺营养物质胆碱，它的形状与乙酰胆碱相似。在这项研究中，Tian实验室与Looger博士的团队以及加州帕萨迪纳市加州理工学院博士Viviana Gradinaru的实验室合作，表明他们需要增加人工智能的帮助，将OpuBC完全重新设计成一个血清素捕捉器。

研究人员使用机器学习算法帮助计算机 "想出 "25万个新设计。经过三轮测试，科学家们确定了一个。初步实验表明，新的传感器能可靠地检测到大脑中不同水平的血清素，同时对其他神经递质或类似形状的药物几乎没有反应。在小鼠脑片上的实验表明，该传感器对突触通信点神经元之间发送的血清素信号有反应。同时，在培养皿中的细胞实验表明，该传感器可以有效地监测由药物引起的这些信号的变化，包括可卡因、MDMA（又称摇头丸）和几种常用的抗抑郁药。

最后，在小鼠身上的实验表明，该传感器可以帮助科学家在更自然的条件下研究血清素神经传递。例如，研究人员目睹了小鼠清醒时血清素水平的预期上升，以及小鼠睡着时的下降。他们还发现，当小鼠最终进入较深的R.E.M.睡眠状态时，下降幅度较大。传统的血清素监测方法会错过这些变化。 此外，科学家们还看到，当小鼠被铃声警告有脚震时，血清素水平在两个独立的大脑恐惧回路中不同程度地上升。在一个回路中--内侧前额叶皮层--钟声触发血清素水平快速上升，而且很高，而在另一个回路中--基底外侧杏仁核--发射器会爬升到稍低的水平。本着 "BRAIN计划 "的精神，研究人员计划将该传感器随时提供给其他科学家。他们希望这将帮助研究人员更好地了解血清素在我们的日常生活和许多精神状况中所发挥的关键作用。