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大脑真正结构终于有望看清

我国科学家首次绘制出哺乳动物大脑中乙酰胆碱能神经元全脑分布图谱
来源:文汇报 作者:许琦敏 2017-12-26 14:13:30
  过去百年间,获得人类大脑细胞的三维图谱,一直是全世界神经科学家梦寐以求的目标。12月25日,记者从中国科学院神经科学研究所获悉,中国科学家经过多年努力,终于发展出了一种好方法,首次绘制出了哺乳动物大脑中乙酰胆碱能神经元的全脑分布图谱——原来,在小鼠的大脑中,一个小小的乙酰胆碱能神经元细胞,其“触手”可以跨越几乎整个大脑!

  这项研究最近发表在《美国科学院院刊》上。未来,利用这种技术,科学家有望绘制出灵长类动物大脑的三维全脑图谱。

  “一位审稿人看到这篇文章,回复称:‘这种技术正是美国脑计划所需要的!’”这项研究的负责人之一、中国科学院神经科学研究所研究员、脑科学与智能技术卓越创新中心成员、神经科学国家重点实验室副主任仇子龙说,乙酰胆碱能神经元细胞是一种在大脑中分布很广的细胞,与运动、睡眠、情感、记忆等很多功能有关,还与阿尔茨海默症、睡眠、认知障碍等疾病有关,“由于它的分支结构又细又长,以前脑图谱技术只能观察到不超过100微米厚度的脑组织,所以根本无法精确得知它的‘触手’究竟伸到了哪些地方。”

  此次,华中科技大学骆清铭教授发展出的一种新技术——显微光学切片断层成像系统,终于突破了百年以来的技术瓶颈。它可以以亚微米(千分之一毫米)的精度,为脑组织做断层扫描的光学CT。这是迄今为止世界上精度最高的全脑成像技术。这使得神经元细胞的“触手”纤细到只有亚微米级别,也可以被精确地拼接起来,最终形成一幅完整的三维结构图。

  当超过1.2万幅切片最终叠加起来,构建出小鼠大脑中乙酰胆碱能神经元的全身像时,仇子龙激动地说:“太美了!原来它横跨了几乎整个大脑!”只见这个神经元细胞从基底前脑出发,分别到前额叶、海马等脑区,跨越诸多神经核团,如同一蓬轻柔的游丝,“漂荡”在大脑组织中。论文通讯作者之一、华中科技大学龚辉教授介绍,整个小鼠大脑以0.32×0.32×1微米的分辨率成像,才能获得如此高质量的图谱——利用这一技术,科学家几乎可以详解出单个神经元细胞在大脑中的完整形态,最终有望帮助人类看清大脑的真正结构。

  仇子龙说,现在神经所不少课题组都已开始与骆清铭教授团队合作,开展各类神经元细胞的三维成像研究,希望该技术能在非人灵长类大脑图谱的构建中,发挥重要作用。目前,课题组正在为此做进一步努力。
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