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把大脑看得更清楚

来源:北京日报
摘要:1亿美元,美国国立卫生研究院发布了一个指南,计划用3年时间主要集中研究6类领域,以利于研发观察大脑神经元的新技术和新方法。“脑计划”是继人类基因组计划之后另一个宏伟的科学研究计划,看清大脑的技术(脑成像技术)是研究大脑的基础。无论是活体大脑还是死亡的大脑,里面都有脂质,当用显微镜观察大脑时,光线透过......

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  “脑计划”目前是世界生物医学的重大课题之一。美国国会批准2014财政年为脑计划拨款1.1亿美元,美国国立卫生研究院发布了一个指南,计划用3年时间主要集中研究6类领域,以利于研发观察大脑神经元的新技术和新方法。“脑计划”是继人类基因组计划之后另一个宏伟的科学研究计划,看清大脑的技术(脑成像技术)是研究大脑的基础。

  无论是活体大脑还是死亡的大脑,里面都有脂质,当用显微镜观察大脑时,光线透过脂质就像阳光照射在油面上一样会产生七色光彩,导致难以观察到大脑内部的细微结构。同时,脂质也排斥很多物质,需要对大脑进行切片才能标记一些特殊类型的细胞,这也让“脑计划”中的重要研究——统计大脑细胞类型变得十分困难。

  美国斯坦福大学卡尔·迪赛诺思团队最近研发出一种清晰技术,可将小鼠大脑中的脂质分离和冲洗出来,获得完整透明的3D大脑,大脑中的神经元、轴突、树突、突触、蛋白、核酸等都完好地保持在原位。然后,研究人员再用荧光抗体处理小鼠大脑,能清楚看到大脑中的各类物质和分子。研究人员还可通过电子显微镜揭示大脑内部的精细结构,例如神经元相结合的部位——突触。

  在清晰技术发明之前,也可以用数字技术来制作大脑的3D成像,但非常耗时和繁复。首先需要将大脑的组织切成数百个甚至数千个薄片,然后详细扫描每个薄片的影像并输入计算机,再精心调整各部分的位置。遇到精微的部分,如神经细胞的接触点——轴突,则更加费时,因为一个轴突大约相当于人的头发直径的1/100。在制作时不仅耗费大量的计算机操作时间,还容易产生明显误差。

  现在,利用清晰技术制作和还原3D透明大脑不仅时间快,而且准确,能让人们清晰地看见大脑中的结构和分子。迪赛诺思团队目前不仅能制作小鼠的透明3D大脑,还把一名已死亡的自闭症患者的大脑部分区域制作成透明3D大脑。

  清晰技术是一个巨大的进步,但比较昂贵,也可能存在危险,因为该技术需要使用的丙烯酰胺有剧毒和致癌性,只能用以观察死亡的大脑,不能观察活体大脑。要观察活体大脑,可能需要找到新的不致癌的物质和易于应用的技术。随着清晰技术的进一步改进和完善,当大脑能被清楚地看见时,研究大脑就会变得更为容易,解开大脑的秘密也会水到渠成。

作者: 2014-2-7
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