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人类和小鼠脑谱图

时间: 2014年04月14日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
科学家们刚刚发布了2个迄今为止最为详尽的脑图谱:一个是小鼠大脑通信线路图,另一个是人类大脑发育过程中基因活动图谱。

 


小鼠大脑皮层中4个独立的视觉区域间的联系(图片来源:Courtasy Image)
 
对研究者来说,脑图谱是个关键工具,可以用来更好地探究大脑,这个异常复杂的器官的工作原理;也可以用于研究例如阿尔茨海默病及孤独症患者的大脑病变。
 
这个成果在奥巴马政府的大脑计划实行一周年之际发表。
 
人类大脑中约有1,000亿个神经细胞,与我们的感觉、思考、运动、情感、记忆和自动反应有关。一张好的图谱将帮助我们解释这些环路之间是如何相互联系的。  
 
目前为止,研究者已经阐明了一个有机体的完整的精神环路:一个有320个神经元的微小的蠕虫。其他生物的脑图谱也已经在零零碎碎地绘制了。
 

小鼠大脑皮层中密集联结的神经(图片来源:VOA)
 
发光的神经细胞
 
这项新研究发表在《自然(Nature)》杂志上,并且其中完整呈现了一个小鼠的脑图谱。    
 
小鼠的大脑作为我们人类大脑研究的替代品,已经研究得较为深入。小鼠大脑中约有1亿个神经元,虽然其功能没有人类大脑复杂,但研究起来更简单。    
 
艾伦脑科学研究所的研究者们向小鼠大脑中的一个微小区域注入了一种病毒,这种病毒携带的指令可以产生一种在黑暗中发光的蛋白。    
 
这种病毒会感染少量神经细胞,并使每个神经元在各自的生命过程中持续发光。之后,科学家们切开小鼠大脑,每次取极薄的一片,追踪并描记这些发光神经元的通路。    
 
这张完整的图谱包含了大量的数据:共1.8千兆字节,相当于一步时长达24年的高清电影的大小。
 
记忆通路

一个标出了发源于小鼠大脑皮层不同部位的联结的小鼠大脑俯视图(图片来源:Courtasy Image)
 
然而,这张图谱只是一个开始。
 
科学家们将在这张图谱上寻找线索,来帮助了解脑部疾病,诸如阿尔茨海默病患者的记忆力是怎样退化的。
 
小鼠会得一种与人类阿尔茨海默病非常相似的疾病。它们的大脑在特征性蛋白团块形成之前就会失去功能。    
 
“我们希望弄清楚,是什么原因导致了这种早期认知能力减退。”艾伦脑科学研究所神经学家,小鼠大脑图谱项目负责人Hongkui Zeng说, “一种可能是大脑通路中一个特定但精细的联结发生了变化。”    
 
比如,这条通路可能正与记忆有关。
 
人类大脑图谱进展
 
另一张图谱,由艾伦脑科学研究所的另一只团队绘制,也发表在同一期《自然(Nature)》杂志上。这张图谱显示了妊娠期中哪些基因表达或沉默。    
 
“我们的想法是,我们能够用这张图谱,确定与大脑疾病及其独特之处有关的基因活动的活跃时间和部位。” 神经生物学家Ed Lein说,“这些研究可能将以这些通路刚建立时的早期发育事件为目标。”    
 
例如,他的团队可以精确定位大脑中与孤独症有关的区域,这个区域在孤独症患者大脑中更活跃。    
 
“这使我们明白,这些基因会影响哪些细胞种类及哪些发育过程。” Lein说,“同时,这个图谱也把时间大大提前。图谱显示,孤独症在分娩前的大脑皮层形成早期就已经初露端倪。”    
 
这两张图谱将免费提供给其他科学家。    
 
这项研究成果在奥巴马总统宣布启动大脑计划(Brain Researchthrough Advancing Innovative Neurotechnologies,BRAIN Initiative,推进创新神经技术脑研究计划)一年之后公开发表。    
 
这个项目于去年4月2日宣布启动,其1亿美元基金同时用于资助政府和私人研究团体的研究活动。
 
(翻译:谢梦莹   审稿:丛山秀)
 
原文链接:http://www.voanews.com/content/scientists-map-human-mouse-brains-/1884948.html