Nature頭條：這是一個神奇的網絡

日期：2012-06-26 08:16:24

在大科學項目清單中重點強調的一個項目，就是找到人類大腦的“布線圖”，這個包含有上千億個神經細胞，百萬億個神經連接的大型網絡，調控著我們機體的各種動作，各個決策，以及喜怒哀樂。要了解這個神奇的大腦網絡，第一步，我們需要完成完整小鼠大腦的圖譜。

來自冷泉港實驗室的研究人員完成并公布了小鼠大腦環路的詳細細節，這第一批數據包含有500 terabytes，這個稱為小鼠大腦結構工程（Mouse Brain Architecture Project，MBA）的項目計劃描述嚙齒類動物大腦整個分布情況，這是首個脊椎動物大腦環路圖譜。

“目前關于大腦環路的信息并不完整”，美國國家藥物濫用研究所遺傳學與分子神經生物學專家Jonathan Pollock 說，“缺乏神經環路的信息，使得科學團隊認識到需要構建關于大腦微觀，中觀和宏觀尺度的圖譜。”

MBA項目填補一些研究的空白，比如美國國立衛生研究院的人類連接組項目（Human Connectome Project），以及ALLEN Brain Connectivity Atlas。前者計劃在人類大腦功能的基礎，分享有關人類大腦的結構和功能連接的數據映射神經通路，這一項目將使我們理解是什么使我們人類能創造出重大進展，并會為未來在許多神經和精神疾病的異常腦回路研究建立一個新階段。

而后者則是由Paul G. Allen和Jody Allen Patton共同投資興建的非盈利性質的醫療機構——腦科學Allen研究院進行的關于大腦連接的一項整體分析。

Pollock教授表示，由于小鼠一直以來都是人類遺傳學的一個重要模型，對于我們了解在一些疾病，比如阿爾茲海默，自閉癥，神經分裂等方面提供了許多幫助。近年來科學家們聚焦于哺乳動物大腦，通過電子顯微等技術，分析個體突觸，神經元之間連接點等。但是這些方法對于分析整個小鼠大腦來說，并不實用。

冷泉港實驗室的研究人員采用4個注入示蹤劑來追蹤大腦環路，其中兩個是“經典”的示蹤劑——霍亂毒素亞單位（choleratoxin subunit B），以及雙向神經示蹤劑（biotinylated dextran amines），還有兩個是病毒示蹤劑：腺病毒群（adeno-associated virus），和經修改的狂犬病毒。

這項研究獲得了小鼠大腦切片的高清晰度圖像，每張圖像大約都有十億像素。每個大腦大約有500張圖片，每張圖片拍攝的是20微米厚度的大腦組織光學成像結果。

除此之外，研究人員還在其中添加了公開的一些數據，神經科學家能通過http://mouse.brainarchitecture.org 獲取所有信息。這一網站采用的是“虛擬顯微”，來觀察大腦內部，可以放大，顯示個體神經元，以及神經過程。研究人員可以采用不同的分辨率顯示器查看圖像。

領導這一項目的生物物理學家Partha Mitra表示，將與大家共享這些數據，除此之外，其研究組還準備了一個教程，幫助一些不是這一領域的研究人員利用這一網站的資源。

在大腦作圖方面，2010年中國的科學家也獲得了突出的成果：研制了顯微光學切片層析成像系統，從而能獲得了小鼠全腦高分辨率圖譜。這一研究成果公布在Science雜志上。

研究人員利用顯微光學切片層析成像系統，對制備好的鼠腦為樣本，全自動連續242小時進行了數據采集，共獲得15380層像素分辨率為0.3×0.3微米的冠狀斷面圖像。同時，科研組利用高定位精度的三維移動平臺，及在切片中采用對先采取到的信息進行驗證分析的方法，對圖像準確定位和預處理，實現了突起水平的小鼠全腦結構成像，獲得了一套來自同一只老鼠的全腦組織切片圖譜。這種介觀水平的小鼠全腦神經解剖圖譜，為數字化鼠腦結構和腦功能仿真研究提供了重要的基礎性實驗數據參考。