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在一项可能为帕金森病提供线索的研究中，由杜克大学研究人员领导的团队使用先进的激光系统获得证据，表明人脑中积累的深棕色颜料由两种常见于头发的其他颜料层组成。

其他科学家之前通过化学分析确定，这种被称为神经黑色素的深色颜料由两种颜料组成：黑色头发中发现的黑色素和红色头发中发现的红色素。但这些颜料的结构排列方式仍然未知，而这种结构可能至关重要，研究人员指出。

此外，在2005年，杜克大学的一个团队，包括当前研究中一些相同的科学家，报告使用激光系统确定红色素在化学上倾向于激活氧气，而黑色素则不然。氧气激活被怀疑在帕金森病的神经发生级联反应中发挥作用。

在新报告中，来自杜克大学、北卡罗来纳州立大学和意大利塞格拉特生物医学技术研究所的研究人员概述了从人脑中分离的神经黑色素的证据，显示其核心为激活氧气的红色素，表面覆盖有保护性的黑色素。

研究负责人约翰·西蒙（John Simon）表示：“这是关于这些颜料如何构成的第一条形态学数据。”

该团队在《美国国家科学院院刊》上于9月25日那一周在线发表了研究结果。该研究得到了美国空军科学研究办公室的资助，通过对杜克大学自由电子激光实验室的拨款，以及意大利基础科学基金的支持。

根据该团队的报告，第一作者是西蒙的研究生威廉·布什（William Bush），神经黑色素颗粒在3至5岁之间开始出现在人脑中，并且其浓度在此后逐渐增加。

然而，帕金森病患者的大脑中神经黑色素水平急剧下降，同时经历深色颜料脑细胞的死亡，以及脑组织中铁元素浓度的增加。

研究人员指出，产生多巴胺的脑细胞在合成多巴胺时经历高水平的氧化，而多巴胺是一种在帕金森病中受到干扰的关键神经递质。

科学家们假设，脑细胞合成神经黑色素是为了作为对抗高氧化压力的防御机制。

神经黑色素的分层颗粒结构可能通过多种方式帮助保护脑细胞免受损伤，伊藤（Shosuke Ito）在其评论中写道。

表面有黑色素的颗粒能够有效结合铁和其他可能导致氧化损伤的分子。如果红色素核心位于表面，“神经黑色素的神经保护作用将不被预期，”伊藤补充道。

然而，黑色素对铁的吸收能力有限，其他科学家提出，颗粒表面铁的过饱和可能导致帕金森病患者大脑中铁含量的增加。

在这种情况下，增加的氧化压力可能导致神经黑色素的黑色素表面降解，”伊藤写道。“这可能暴露出一个红色素核心，它不仅无法有效结合铁，还可能表现为一种促氧化剂。”

西蒙表示：“一旦这些神经黑色素颗粒开始被侵蚀，就会创造出一个更加促氧化的环境。随着颜料开始被侵蚀，可以想象氧化压力可能以多种方式增加。”

在这项被伊藤称为“复杂”的研究中，研究人员使用一种特殊的激光设备，该设备利用从原子中释放的电子产生光。该设备位于杜克大学自由电子激光实验室的大型区域内，可以逐步“调谐”以产生不同波长的光，每种波长探测目标分子中的不同能量区域。

该团队还使用了一种称为光电子发射显微镜的设备，以分辨单个神经黑色素颗粒并区分两种颜料类型。

通过结合使用这些设备，研究人员能够确定神经黑色素颗粒表面分子的“氧化电位”。氧化电位测量给定化学物质通过放弃电子激活氧气的可能性。激活的氧气可以产生称为自由基的化合物，这些化合物可能会对细胞造成压力。

研究团队发现，颗粒表面分子的氧化电位与2005年研究中发现的黑色头发颜料的氧化电位相近。“这意味着它是黑色素，具有相当强的抗氧化性，”西蒙说。

激光束无法穿透颗粒表面记录靠近其核心的氧气电位。但其他研究人员的先前化学分析已确定神经黑色素是红色和黑色头发颜料的混合物。因此，新的发现表明“结构特征，红色素在核心，黑色素在表面，”团队报告称。

西蒙表示：“发生了一些特殊的事情，红色颜料被黑色颜料包裹起来。因此，红色颜料作为一种相对促氧化的物质，被包裹在这种抗氧化颜料中。”

西蒙的团队只能推测神经黑色素的可能结构，而无法直接测量，因为科学家们迄今为止无法从化学构建块合成出一种能够复制自然版本的颜料。

西蒙说：“没有人知道如何测试或探测这些东西。我无法过高估计获取材料进行测试的难度。”他的团队与意大利生物医学技术研究所的路易吉·泽卡（Luigi Zecca）领导的研究小组合作，使用了少量的尸检脑组织。

参与该研究的其他研究人员包括杜克大学自由电子激光实验室主任格伦·爱德华斯（Glenn Edwards）；北卡罗来纳州立大学的罗伯特·内曼尼奇（Robert Nemanich）和雅各布·加尔吉洛（Jacob Garguilo）；以及意大利生物医学技术研究所的法比奥·祖卡（Fabio Zucca）和阿尔贝托·阿尔贝蒂尼（Alberto Albertini）。