凭借引进细菌、珊瑚与水母的基因，科学家们给实验鼠原本红色的大脑染上五颜六色，以期厘清神经脑细胞建立联络的主道与支线。这项被称为“脑虹”的新技术公布在11月1号的《自然》杂志上。它的发明者，哈佛大学的专家们认为，这将使科学家能够建立大脑神经网络的详尽图表，有助于对大脑工作方式进行深入研究。
在此之前，显示神经元细胞的技术最多只能使用两种颜色，这就是高尔基染色法。至今仍在使用的高尔基染色法由意大利医师于1876年创立并发展，该法每次都将全部神经元细胞涂以颜料，但结果是只能使很少一部分成功染色。
相比之下，“脑虹”技术可使研究者们一次就给几百神经元细胞成功染上90多种区别分明的颜色。应用
遗传再结合技术，研究者们首先将色素基因与DNA打包并将其插入可孕育成老鼠的细胞基因组，随着细胞的分裂、老鼠胚胎的形成，这些色素基因也随之分裂生长。为激活这些色素基因，研究人员再将一种来自细菌的重组基因植入老鼠细胞。通过在老鼠的不同部位或不同发育阶段使用色素基因，科学家们就可以对不同类型的细胞涂上不同的颜色。
研究小组成员杰夫·利希曼解释称，“脑虹”技术“就像彩电显示器用红色、绿色与蓝色组合制造出各种颜色一样，存于神经元细胞内3种甚至更多的荧光蛋白质通过化合就可生成多种色彩。”不同的是，“脑虹”技术采用的是“青、红、黄”3种基因色素。红基因色素来源于珊瑚，而青色素与蓝色素则是由水母中的绿色荧光色素加工而成。染色后的切片图片看似一幅抽象画，既绚丽美观又颇具科研价值。研究小组透露，他们已使用该技术观测老鼠的神经系统，并观察到了一些有趣的且未被人发现过的神经元细胞分布模式。
较高尔基法而言，“脑虹”技术也存在一些缺点。被施以“脑虹”的老鼠大脑看起来仍和普通的一样，那些丰富的颜色必须在荧光显微镜下才会显现，这种显微镜非常昂贵，价值几十万美金，而高尔基法的染色切片使用普通显微镜即可观测；另一个局限性是，该技术只能应用于基因改造过的或转基因的动物，目前科学家们的选择只有老鼠，高尔基法却适用于任何动物，包括人类。
尽管有以上缺陷，但毕竟“脑虹”技术为神经细胞学家们展示了一幅更为完整的大脑图景。
一个多世纪以前，Ramón Y Cajal利用高尔基神经细胞染色打开了现代神经生物学的大门：通过对少量神经细胞进行染色，以前看不见的轴突和树突在其通过周围组织时就可以被看到。但高尔基染色只能以一种颜色标记少量细胞。现在，来自哈佛大学的一个小组开发出一种方法，该方法能够使一个脑回中的很多不同细胞同时被看到。这种被称为“Brainbow”的方法可用不同颜色对数百个神经细胞各自染色，从而生成一个详细的神经回路图。该技术不仅能推动在正常或病态脑中的测绘工作，而且还有可能应用到其他复杂细胞群中，如免疫系统中。本期封面所示为用“Brainbow”方法染色的小鼠海马体的一部分。齿状回（下部）的多颜色神经细胞在拱形的CA1区域的细胞下面，而大脑皮质的神经细胞可以看到在上面闪动。
来自哈佛大学大脑科学研究中心，分子与细胞生物学系的研究人员通过激活神经元中复合荧光蛋白，进行了前所未有的大脑和神经系统成像，获得了色彩斑斓的“大脑彩虹”（Brainbow），这有利于对大脑工作方式进行更深入研究。这一新技术刊登在11月份的第一期《Nature》杂志上，获得了广泛的关注，各大媒体纷纷进行了报道。
领导这一研究的是哈佛大学的Jean Livet, Joshua R. Sanes, 和Jeff W. Lichtman。
利用大脑彩虹，研究人员能用将近90种不用的研究标记神经元，这是目前荧光标记方法的一个巨大进步，而且个体明亮色彩的神经元的视觉分辨率得到了提升，这也对于描绘大脑环路和神经系统及其有利。
对大脑神经元进行着色并不是什么新鲜的事，科学家早已利用转基因技术，将荧光蛋白基因转移到神经元中进行表达。但到目前为止，这种方法每次最多只能转移两种荧光蛋白基因，着色种类只有两种，但是仅仅两种颜色对于描绘复杂的大脑神经网络是远远不够的。
分子与细胞生物学系教授Lichtman表示，“就像是一台电视显示器混和了红色、绿色和蓝色，调和成了许多种颜色，神经系统中三种或更多的荧光蛋白混和也能产生许多不同的色调”，“目前神经学家能用于描绘神经系统的工具很少，大脑彩虹能帮助我们更好的绘制出大脑和神经系统中复杂的神经细胞”。除此之外，大脑彩虹还可以帮助追踪哺乳动物神经系统中复杂的发育过程——这一过程目前的了解还只停留在常用的术语上，从而能阐明许多发生在发育早期的许多大脑失序症状的根源。
那么具体这一技术关键在于哪儿呢？大脑彩虹实际上利用的就是鼎鼎有名的遗传重组系统：Cre/lox，这是一个源于P1噬菌体的一个DNA重组体系。大脑彩虹以一种新的方式进行了Cre/lox重组：交换穿梭编码绿色、黄色、橙色和红色的荧光蛋白的基因。研究人员费劲的将DNA片段组装在一起，插入到神经DNA中，结果正如他们所预料的，剪接（cut-and-paste）重组完全以随机的形式出现，形成的不同颜色在普通共焦显微镜中就可以观察到了。
Livet认为，“这项技术能驱使细胞多少有些随机性的开启荧光蛋白基因”，“你可以将大脑彩虹想象成一个能产生随机结果的机器，而Cre/lox就是那个不断拉扯操纵杆的手。”
利用大脑彩虹对小鼠神经环路进行了50天的观测后，哈佛的研究人员就观察到了一些神经重组，为了确定大脑彩虹标记是稳定长效的Livet, Sanes, Lichtman和其他研究人员目前正在利用大脑彩虹对神经系统进行全面的检测，希望能获得神经系统组织和功能的更进一步认识。
哈佛分子与细胞生物学教授Sanes说，“我们已经利用大脑彩虹进行了小鼠神经系统的初步探索，从中发现了一些十分有趣的，之前并不了解的神经排列的模式”，“就我们目前观测到，我们对于这一领域的了解还只是刚刚起步。”
（生物通：张迪）
美国科学家近日通过特殊的基因工程手段，成功地对大脑神经元进行了多重着色。这将使科学家能够建立大脑神经网络的详尽图表，有助于对大脑工作方式进行深入研究。相关
论文11月1日以封面文章的形式发表在《自然》杂志上。
对大脑神经元进行着色并不是什么新鲜的事，科学家早已利用转基因技术，将荧光蛋白基因转移到神经元中进行表达。但直到目前为止，这种方法每次最多只能转移两种荧光蛋白基因，着色种类只有两种。显然，仅仅两种颜色对于描绘复杂的大脑神经网络是远远不够的。
在最新的研究中，美国哈佛大学的神经学家Joshua Sanes和同事利用特殊的基因工程手段，成功地让转基因小鼠神经元表达了4种颜色的荧光蛋白：黄色、红色、青色、橙色（或绿色）。结果在小鼠脑部细胞可以观察到大约90种不同的色彩，色彩斑斓，研究人员称其为“大脑彩虹（Brainbow）”。
Sanes表示，这里面的原理跟彩电很相似，即用很少的几种象素相混合可以产生任何想要的颜色。
脑科学家们对此次研究取得的效果表示吃惊。美国霍华德·休斯医学研究所的神经学家Karel Svoboda表示，“大脑彩虹”将使科学家们能够长途追踪神经回路，并能观察到神经回路怎样彼此联接。
另外，此次研究结果也非常具有美感，这使得相关研究人员获得了2007奥林巴斯生物数字成像（Olympus BioScapes Digital Imaging competition）大奖。（科学网 梅进/编译）
作者：
2007-11-3