我們的大腦擁有約860億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞(神經(jīng)元),這些細(xì)胞不斷地將電信號(hào)從大腦中的一個(gè)區(qū)域輸送到另一個(gè)區(qū)域。這些電信號(hào)在腦白質(zhì)當(dāng)中穿行,從而促成了大腦的所有功能。揭秘神經(jīng)元之間類似于高速公路網(wǎng)般的纖維組織一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。目前繪制這種細(xì)胞級(jí)神經(jīng)回路的方法還僅僅局限于動(dòng)物研究,或需要高度專業(yè)化的設(shè)備來(lái)獲取和處理數(shù)據(jù)。
近日,耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)Edmond&Lily Safra腦科學(xué)中心(ELSC)的神經(jīng)科學(xué)家Aviv Mezer教授和Roey Schurr博士研發(fā)了一種繪制和可視化這些神經(jīng)纖維的新方法,并已發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。他們所采用的技術(shù)實(shí)際上在約140年前就已經(jīng)問(wèn)世,但卻從未被用于腦白質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)研究。
Mezer教授(左)和Schurr博士(右)
長(zhǎng)期以來(lái),科學(xué)家們一直都使用19世紀(jì)80年代德國(guó)醫(yī)學(xué)生Franz Nissl發(fā)明的尼氏染色法來(lái)研究神經(jīng)元,徹底改變了人們對(duì)大腦皮層(大腦最外部的一層灰質(zhì)層)的認(rèn)知。希伯來(lái)大學(xué)團(tuán)隊(duì)則首次利用尼氏染色法來(lái)研究白質(zhì)中的纖維結(jié)構(gòu)。
白質(zhì)主要由神經(jīng)纖維和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞組成,而這些神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞長(zhǎng)久以來(lái)一直被忽略。當(dāng)博士生Schurr加入Mezer教授的實(shí)驗(yàn)室時(shí),他對(duì)切片染色的腦組織圖片進(jìn)行了觀察。Schurr回憶道:“課本上只有關(guān)于白質(zhì)的文字描述,但我非常好奇它到底是什么樣子的。”讓Schurr感到驚訝的是,他注意到膠質(zhì)細(xì)胞往往會(huì)排成幾短列,而且這種排列似乎與局部神經(jīng)纖維一致。Schurr說(shuō)道:“我們查閱了大量文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)1992年的一篇論文已經(jīng)對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述,但這個(gè)發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起行業(yè)的關(guān)注。”
Nissl-ST圖(由Schurr博士提供)
研究人員意識(shí)到,通過(guò)使用簡(jiǎn)單的圖像計(jì)算處理工具,他們就能夠利用細(xì)胞的排列規(guī)律來(lái)發(fā)現(xiàn)白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。Mezer教授說(shuō)道:“當(dāng)我們首次用這種技術(shù)分析染色的大腦切片時(shí)非常驚訝。染色切片圖顯示,白質(zhì)的外觀結(jié)構(gòu)似乎具有某種規(guī)律性。我們運(yùn)用計(jì)算工具構(gòu)建出了彩色的白質(zhì)纖維精妙的結(jié)構(gòu),而之前從未有人發(fā)現(xiàn)過(guò)這些結(jié)構(gòu)。我們馬上認(rèn)識(shí)到,我們揭開(kāi)了關(guān)于白質(zhì)的一個(gè)重要謎團(tuán)。”
希伯來(lái)大學(xué)的研究人員將這一可以用在任何大腦尼氏染色切片上的技術(shù)稱為Nissl-ST。尼氏染色法是腦科學(xué)研究領(lǐng)域中最常用的染色法,所以在世界各地都可以獲得相關(guān)信息,包括數(shù)字化的數(shù)據(jù)集和高分辨率染色腦切片的開(kāi)源圖集。
Mezer教授總結(jié)道:“Nissl-ST技術(shù)有著巨大的潛力,我們可以利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)研究大腦發(fā)育和衰老過(guò)程中腦白質(zhì)的情況,以及一些影響白質(zhì)狀態(tài)的病變,例如神經(jīng)退化和精神分裂癥。”
希伯來(lái)大學(xué)Edmond&Lily Safra腦科學(xué)中心(ELSC)是領(lǐng)先的神經(jīng)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。ELSC的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知學(xué)、生物學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域間的跨領(lǐng)域理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合,引領(lǐng)大腦研究的創(chuàng)新發(fā)展。
關(guān)于耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)
耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)是以色列領(lǐng)先的學(xué)術(shù)和科研機(jī)構(gòu),躋身世界百?gòu)?qiáng)大學(xué)之列,共有來(lái)自90多個(gè)國(guó)家的2.5萬(wàn)名學(xué)生。1918年,阿爾伯特·愛(ài)因斯坦和西格蒙德·弗洛伊德等著名學(xué)者創(chuàng)立了希伯來(lái)大學(xué)。迄今為止,希伯來(lái)大學(xué)教授和校友共獲得8項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng),1項(xiàng)菲爾茲獎(jiǎng)和1項(xiàng)阿貝爾獎(jiǎng)。
