Cell發(fā)布革命性成像技術(shù)
日期：2015-08-04 09:02:08
波士頓大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出了一種新的成像工具，可以像探索太空的望遠(yuǎn)鏡一樣來探索大腦。發(fā)布在7月30日《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一篇論文，首次演示了這一技術(shù)是如何運(yùn)作的，研究人員以從前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的尺度觀測(cè)了成年小鼠的大腦，生成了一些納米級(jí)分辨率的圖像。發(fā)明者表示他們的長(zhǎng)期目標(biāo)是，能夠以一種國(guó)家大腦天文臺(tái)的形式向科學(xué)界提供這一資源。
論文的資深作者、哈佛大學(xué)Jeff Lichtman說：“我是自下而上科學(xué)的堅(jiān)定信徒，我更傾向于通過數(shù)據(jù)推出假設(shè)，并檢驗(yàn)它。對(duì)于從事成像工作的人而言，能夠看見所有這些細(xì)節(jié)真是太美妙了，我們得到了一個(gè)機(jī)會(huì)窺視長(zhǎng)久以來有些棘手的東西。”
研究人員將焦點(diǎn)放在了接收來自小鼠胡須感覺信息的一個(gè)大腦區(qū)域，胡須可幫助動(dòng)物確定自己的方向，甚至比人類的指尖更敏感。研究人員構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)可以自動(dòng)將受試者大腦分成成千上萬(wàn)個(gè)29nm的冠狀位薄切片。通過對(duì)這些切片染色以區(qū)分出不同的組織后，他們采用了自動(dòng)化電子顯微鏡來拍攝每個(gè)切片的照片。然后計(jì)算機(jī)給各個(gè)結(jié)構(gòu)指定不同的顏色，組合這些圖像生成了3D圖片。
科學(xué)家們利用共同作者、哈佛大學(xué)及麻省理工學(xué)院Daniel Berger開發(fā)的一種叫做VAST的程序，分配不同的顏色標(biāo)記并區(qū)分了各個(gè)“研究對(duì)象”（例如，神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、血管細(xì)胞等）。他們還構(gòu)建出了1700個(gè)突觸的注釋目錄。
論文的第一作者、波士頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院Narayanan "Bobby" Kasthuri說：“大腦遠(yuǎn)比我們想象的要復(fù)雜得多。我們過去認(rèn)為神經(jīng)元是按極好地次序相互連接，但如果你真的看到這些材料會(huì)發(fā)現(xiàn)事實(shí)不是那樣。神經(jīng)元之間的連接是如此混亂，很難去設(shè)想它的詳圖，但我們檢測(cè)出顯然存在一種不能夠通過隨機(jī)來解釋的模式。”
研究人員看到了這一工具在解答一些問題方面的巨大潛力：如一種神經(jīng)系統(tǒng)疾病在大腦中實(shí)際上看上去像什么，以及什么導(dǎo)致了人類大腦不同于其他動(dòng)物以及個(gè)體之間的差別。很大程度上，我們是我們的神經(jīng)元響應(yīng)各種生活經(jīng)歷生成的連接的產(chǎn)物。能夠比較嬰兒、數(shù)學(xué)天才和精神分裂癥患者神經(jīng)元之間的連接，能夠使我們更深層次地理解大腦是如何塑造我們成為什么樣的人的（反之亦然）。
這類研究的成本和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存需求仍然很高，但研究人員預(yù)計(jì)隨著時(shí)間的推移費(fèi)用會(huì)下降。為了方便數(shù)據(jù)共享，研究人員現(xiàn)正與美國(guó)國(guó)立Argonne實(shí)驗(yàn)室合作，希望建立一個(gè)國(guó)家腦實(shí)驗(yàn)室使得在未來的幾年里世界各地的神經(jīng)科學(xué)家都將可以訪問它。
