科學家繪製三維鼠腦圖—新聞—科學網

2020-11-23 科學網

科學家繪製三維鼠腦圖。圖片來源：《自然》

本報訊 在老鼠的大腦中，7000萬個神經細胞看起來就像是一團亂麻，但研究人員正在揭示在整個器官中傳遞信息的單個線程。10月27日發布的一幅名為「鼠光」的三維大腦圖譜，使研究人員能夠追蹤單個神經細胞的路徑，並最終揭示大腦是如何收集信息的。

這張圖譜包含了300個神經細胞，研究人員計劃在明年增加700個神經細胞。「1000個神經細胞僅僅只是做了膚淺的研究。」美國維吉尼亞州阿什伯恩市霍華德·休斯醫學研究所（HHMI）詹妮拉研究校園神經學家Nelson Spruston說。

為了創建這幅圖譜，Spruston和HHMI的神經科學家Jayaram Chandrashekar給小鼠的大腦注射了一些每次只能感染幾個細胞的病毒，這促使齧齒動物的大腦產生了螢光蛋白。研究小組用一種含糖醇使小鼠大腦變得透明，從而獲得對發光神經細胞的無障礙觀察，然後他們用一部高解析度顯微鏡對每個大腦進行了掃描。

最終，電腦程式創建了發光神經細胞的三維模型和它們的投影——被稱為軸突，它可以長達半米，並像樹一樣分叉。

研究人員指出，「鼠光」三維大腦圖譜已經揭示了新的信息，包括一個單一軸突可以到達數量驚人的大腦區域。例如，與味覺有關的4個神經細胞能夠延伸到控制運動的大腦區域，以及與觸覺有關的另一個大腦區域。

Chandrashekar說，該研究團隊如今正在研究每個神經元所表達的基因，這將有助於確定它們的功能。

「這是一個巨大的項目。」Hongkui Zeng說。他是位於華盛頓州西雅圖市的艾倫大腦科學研究所的分子生物學家，正計劃與詹妮拉研究校園的團隊展開合作。詹妮拉研究校園的這項技術類似於Zeng和同事利用基因工程技術針對小鼠開發出的一種方法，使一種特定的藥物能激活少量小鼠神經細胞中的發光蛋白質。

紐約市哥倫比亞大學神經生物學家Rafael Yuste說，「鼠光」三維大腦圖譜只是用來重建單個神經細胞的幾種方法之一。他說，準確地給神經細胞貼上標籤，例如螢光標記，很可能是為大腦中的不同細胞類型進行「細胞普查」這一最終目標所面臨的關鍵挑戰。

但Zeng指出，為了實現這個目標，研究人員可能需要重建幾十萬個神經細胞。「現在，這是一場數字遊戲。」

近些年來，關於腦科學的研究方興未艾，各國都在這一領域投入重兵。2013年1月和4月，歐盟和美國分別宣布投入巨資啟動大腦研究計劃。理解大腦的運轉機制，是人類與科學面臨的最大挑戰之一。這兩項計劃的推出，將極大推動神經科學領域研究技術的創新與發展，因此被譽為人類基因組計劃後最宏大的研究項目。其成果將有助於人類徹底理解大腦的運行方式，進而闡明意識的發生、思維過程等一系列科學謎題，也將為阿爾茨海默氏症、帕金森氏症等大腦疾病的治療奠定堅實基礎。其中，歐盟的計劃包括神經科學和信息學相互結合的研究，旨在用巨型計算機模擬整個人類大腦，而BRAIN計劃則著眼於研究大腦活動中的所有神經元，繪製詳盡的神經迴路圖譜，探索神經元、神經迴路與大腦功能間的關係。（趙熙熙）

《中國科學報》 (2017-10-31 第2版 國際)

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