科学家绘制三维鼠脑图。图片来源：《自然》
本报讯在老鼠的大脑中，7000万个神经细胞看起来就像是一团乱麻，但研究人员正在揭示在整个器官中传递信息的单个线程。10月27日发布的一幅名为“鼠光”的三维大脑图谱，使研究人员能够追踪单个神经细胞的路径，并最终揭示大脑是如何收集信息的。
这张图谱包含了300个神经细胞，研究人员计划在明年增加700个神经细胞。“1000个神经细胞仅仅只是做了肤浅的研究。”美国弗吉尼亚州阿什伯恩市霍华德·休斯医学研究所（HHMI）詹妮拉研究校园神经学家Nelson Spruston说。
为了创建这幅图谱，Spruston和HHMI的神经科学家Jayaram Chandrashekar给小鼠的大脑注射了一些每次只能感染几个细胞的病毒，这促使啮齿动物的大脑产生了荧光蛋白。研究小组用一种含糖醇使小鼠大脑变得透明，从而获得对发光神经细胞的无障碍观察，然后他们用一部高分辨率显微镜对每个大脑进行了扫描。
最终，计算机程序创建了发光神经细胞的三维模型和它们的投影——被称为轴突，它可以长达半米，并像树一样分叉。
研究人员指出，“鼠光”三维大脑图谱已经揭示了新的信息，包括一个单一轴突可以到达数量惊人的大脑区域。例如，与味觉有关的4个神经细胞能够延伸到控制运动的大脑区域，以及与触觉有关的另一个大脑区域。
Chandrashekar说，该研究团队如今正在研究每个神经元所表达的基因，这将有助于确定它们的功能。
“这是一个巨大的项目。”Hongkui Zeng说。他是位于华盛顿州西雅图市的艾伦大脑科学研究所的分子生物学家，正计划与詹妮拉研究校园的团队展开合作。詹妮拉研究校园的这项技术类似于Zeng和同事利用基因工程技术针对小鼠开发出的一种方法，使一种特定的药物能激活少量小鼠神经细胞中的发光蛋白质。
纽约市哥伦比亚大学神经生物学家Rafael Yuste说，“鼠光”三维大脑图谱只是用来重建单个神经细胞的几种方法之一。他说，准确地给神经细胞贴上标签，例如荧光标记，很可能是为大脑中的不同细胞类型进行“细胞普查”这一最终目标所面临的关键挑战。
但Zeng指出，为了实现这个目标，研究人员可能需要重建几十万个神经细胞。“现在，这是一场数字游戏。”
近些年来，关于脑科学的研究方兴未艾，各国都在这一领域投入重兵。2013年1月和4月，欧盟和美国分别宣布投入巨资启动大脑研究计划。理解大脑的运转机制，是人类与科学面临的最大挑战之一。这两项计划的推出，将极大推动神经科学领域研究技术的创新与发展，因此被誉为人类基因组计划后最宏大的研究项目。其成果将有助于人类彻底理解大脑的运行方式，进而阐明意识的发生、思维过程等一系列科学谜题，也将为阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等大脑疾病的治疗奠定坚实基础。其中，欧盟的计划包括神经科学和信息学相互结合的研究，旨在用巨型计算机模拟整个人类大脑，而BRAIN计划则着眼于研究大脑活动中的所有神经元，绘制详尽的神经回路图谱，探索神经元、神经回路与大脑功能间的关系。（赵熙熙）
《中国科学报》 (2017-10-31 第2版 国际)
