2008年十大新兴技术之“神经联接学”

杰夫·里奇曼的办公室电脑屏幕上有一幅图案，它好像展示着一棵优美的树，细细的各种颜色的线条平行地蛇行向上，然后伸出两三个枝桠，它们的顶端缀着小小的叶子。你别以为里奇曼是个画家，他是哈佛大学的神经学家，这幅图就是哺乳动物部分中枢神经系统的第一张综合联线图。这些线条代表的是轴突；长长的、像头发一样延伸的是将信号从一个神经元传到下一个神经元的神经细胞；这些叶子则是突触，它是轴突与其他神经元或肌肉细胞之间的联接。

　　这幅图案就是刚刚兴起的“联接学”领域的一个成果，它试图描画出在神经系统中负责收集、处理和存贮信息的纠结在一起的神经回路图。这样的一个图最终将能揭秘大脑的早期发育或诸如自闭症和精神分裂症等可能与错误联线相关的疾病。研究人员表示，大脑基本上就像一台在发展过程中能自己布线，也能自己重新布线的电脑。如果我们拥有了大脑的联线图，就能帮助我们了解它是怎样运行的。

　　虽然数十年来研究人员一直都在研究神经联接，但现有的工具并不能提供揭示大脑如何运转的解决办法。尤其是，科学家还没有能够获得一份大脑中亿万个神经细胞或是它们之间相互联接的详图。

　　里奇曼研究团队开发的技术，可将神经细胞染色为近100种颜色，从而让科学家一看就知每个轴突的去向。理解这些布线，就能揭示出信息如何在不同的大脑区域间进行处理和转移。

　　为了创建丰富的调色板，研究人员对携带有3个蛋白质的多个基因副本的老鼠进行基因改造，这3个蛋白质带有不同颜色的荧光标志———黄色、红色或青色。该老鼠还携带有DNA编码的一种酶，这种酶能随机重组这些基因，以使个别神经细胞产生荧光蛋白的任意组合，从而形成一个彩虹图，研究人员将之称为“脑虹”。然后，研究人员使用荧光显微镜来显现这些细胞。

　　“脑虹”技术是一个令人难以置信的强大工具，就观察神经联接而言，它开启了一扇巨大的机遇之门。

　　研究人员希望借此研究多个神经回路，更好地发现这些神经系统的联线是怎样发生差错的。里奇曼表示，有这样一类神经系统失序的疾病，人们一直怀疑与神经细胞间的联接缺陷有关，但苦于没有这样一个实用工具来追踪这些联接。现在，有了“脑虹”技术，也许就能观察到患有自闭症或精神疾病的动物模型中的这些联接。

　　到目前为止的实验中，里奇曼研究团队利用这项技术，追踪了一小片负责控制平衡和运动的小脑中的所有这些联接。其他科学家也已经对使用该技术来研究视网膜、大脑皮层、嗅球以及非神经细胞类型内的神经联接表现出了兴趣。

　　构建哪怕是一小块大脑的神经网络图，也将是一项巨大的挑战，因为大脑中包含有大约1000亿个神经细胞和数以万亿计的突触。科学家需要找到方法来储存、注释和挖掘他们所创建的数据，以及把这些联接信息和神经回路中关于神经元的分子及生理特性的发现融合在一起。但现在，他们至少已经拥有了这样一个关键的工具来构建大脑的神经联接图。 (责任编辑：泉水)

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