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神经元结构（图片来源：维基百科） 最近，来自美国冷泉港实验室的科学家们在Cell子刊《Neuron》上发表了一种全新的绘制小鼠大脑图谱的方法，它的精度达到了单个细胞的层级。 大脑图谱的正式名称叫做神经连接组学，是指通过研究和绘制脑内各个神经元的互相连接方式而获得神经系统内的完整的连接线路图。它对于我们了解大脑如何运作以及在疾病中如何失调具有重要的意义。由于小鼠和人脑在整体结构上的高度相似性，科学家们希望通过获得完整的小鼠大脑图谱来推断人脑内的神经连接图。 神经元是一种高度分化的具有特殊结构的细胞，从其细胞体上可以伸出树突和轴突等结构，它们的长度能达到细胞体本身的数十倍到上千倍。神经元通过树突和轴突与大脑其他部位的神经元建立连接，已达到传递信息的目的。由于神经元结构的特殊性，跟踪单个神经元的连接是一件非常困难的事情。传统上绘制大脑图谱的方法是通过让神经元表达不同的荧光蛋白，然后使用高分辨率的荧光显微镜追踪这些神经元散发出的树突和轴突。这种方法费时费力，而且由于不同颜色的荧光蛋白种类有限，通常不能达到单个神经元的精度。 冷泉港实验室的Anthony Zador教授最新发明的绘制大脑图谱的方法，通过给神经元打上RNA做成的“条形码”，就可以通过测序的方法来确定单个神经元在哪些部位建立了连接。这个方法比传统方法省时省力而更便宜，并能够像高通量测序一样高效地绘制大脑图谱。 给神经元打上“条形码”（图片来源：《Neuron》） Zador教授和他的研究小组发明的这种RNA条形码由30个核酸组成，可以产生出多达1018种不同的序列，这大大超出了鼠脑甚至人脑中神经元的总数。他们花了数年的时间找到了一种使用失活病毒携带RNA，并且仅需一次注射即可将不同的RNA条形码分配给不同神经元的方法。进入神经元后，这些条形码会被运输到树突和轴突的各个终端。注射后两天，鼠脑被取出并进行详细的解剖，通过对在大脑不同部位获得的RNA进行测序即可获知每个神经元在哪些部位建立了链接。 文章通讯作者Anthony Zador教授（图片来源：blogs.scientificamerican.com） Zador教授将他发明的方法形象地比喻成在机场坐飞机的过程：“比如说你到了一个国际机场，想要飞往中国。使用传统的显微镜方法可以告诉你从这个机场可以到达的目的地包括中国，但却不能告诉你哪个航空公司飞往中国。而我们的新方法可以告诉你每个航空公司飞往的不同目的地。机场里的各个航空公司就好像相邻的神经元，传统方法可以知道这些神经元在哪里建立了连接，而我们的新方法可以给每个神经元打上独一无二的RNA条形码，从而知道每个神经元建立连接的部位。” 研究人员下一步计划将这一方法应用到神经发育疾病的小鼠模型上，以试图研究基因突变和疾病如何对神经元的连接方式产生影响。我们希望研究人员能早日发现健康人脑的正常图谱和患有疾病的缺陷图谱之间的区别，从而能早日发现根治疾病的最佳方法。 |
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