美開發出繪製腦髓鞘分布圖新法

2021-01-09 中國科學院

據美國物理學家組織網報導，華盛頓大學聖·路易斯醫學院科學家開發出一種迅速探測腦中髓磷脂含量的新方法，可用於繪製腦細胞的髓鞘分布圖，而此前要分析髓鞘分布只能通過解剖。新方法有助於繪製更準確全面的腦線路圖，增進人們對大腦工作原理的理解，並有助於開發診斷和治療腦疾病的方法。相關研究發表在近日出版的《神經科學》雜誌上。

該研究是人腦連接組項目（Human Connectome Project）的一部分，目標是用5年時間繪製出人腦線路圖。對於科學家來說，探測大腦的結構和功能，就像探險家來到外星球，任何標誌物如山脈、河流、森林都有助於摸清當地情況。要繪製出完整的大腦結構路線圖，不能錯過任何標誌。

髓磷脂含量分布是表示神經元分支和信息傳遞速度的重要指標。髓鞘是包在神經元分支外面的白色膜層，成分是髓磷脂。神經元分支也叫神經突，包括軸突、樹突、突觸等，許多分支被髓鞘包裹，有髓鞘包裹的分支其信號傳遞更快，可達到100米/秒。

以前研究髓鞘分布細微差異的唯一途徑是屍體解剖，將大腦取出切片，然後對髓磷脂染色分析。新方法將當前的兩種磁共振成像（MRI）掃描技術結合起來，利用掃描數據來繪製腦中的髓磷脂分布圖，用不同顏色代表髓鞘分布密度水平，如紅色和黃色表示髓磷脂含量高的區域，藍色、紫色和黑色表示含量水平較低，定位更加精確迅速，通過MRI掃描10分鐘內就能得到數據。

「大腦約有900億個神經元，而神經元之間傳輸信息的各級分支多達150萬億。」華盛頓大學解剖與神經生物學院的大衛·萬·艾森說，「新方法對於理解這一複雜器官非常有用，髓磷脂地圖會有助於人們進一步理解大腦終端是怎樣跟其他部位聯繫的。」

「人們普遍認為，腦皮層都是由完全一樣的信息處理器組成，」萬·艾森說，「但根據我們繪製的圖像，表明各個腦區明顯不同。」

研究小組發現，髓磷脂密度水平最高的腦區，與眼睛等五種感官信息處理初期以及運動控制相關聯，大量神經元擁擠在這些區域，但它們之間的連接卻更簡單。科學家推測，這些腦區主要是通過「並行處理」的方式來處理信息，即每個細胞不是獨立地解決一個複雜問題，而是分成不同的工作組，同時處理問題的不同部分。髓磷脂密度更低的地方包括那些與語言能力、思考能力和使用工具能力相關的區域，這些區域的腦細胞密度較低，每個細胞都比較大，與周邊細胞之間的連接也更複雜。

萬·艾森還指出，新方法能讓參與「人腦連接組計劃」的各個小組普遍掌握，快速繪製髓鞘分布圖。利用這種髓鞘分布製圖技術和其他各種分析技術，項目組成員能更快獲得數據，完成全部人腦圖譜的製作。 

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