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哇!大脑信息传递模式竟是这样?华中大美女教授《自然》发文首度解密

2018-03-31  成靖

前几天,小科又刷了几集《最强大脑》,真的很佩服那些具有超强脑力的选手呢,他们好腻害!话说昨天,我校基础医学院有位美女教授在《自然》(Nature)杂志上发表了一篇有关大脑的研究论文,小科准备认真拜读一下,也许拥有“超强脑力“的大秘密就藏在这里呐!别犹豫,快跟小科一起来学习吧。



神秘的大脑对科学家来说充满了吸引力,对它的研究迄今只是冰山一角。近日,基础医学院韩芸耘教授通过对小鼠视觉皮层进行单神经元分析,揭示了一个令人意想不到的大脑信息传递模式,该研究在神经科学领域引起了震动。

3月29日,顶级学术期刊《自然》在线发表了这项历时3年多的研究成果。论文题为“视觉皮层中单个神经元信息传导的逻辑规律”(The logic of single-cell projections from visual cortex),韩芸耘为第一作者,基础医学院为论文的第一作者第一单位,通讯作者为瑞士巴塞尔大学Thomas Mrsic-Flogel教授和美国冷泉实验室Anthony Zador教授。论文中,韩芸耘等人采用高通量的全脑单细胞荧光示踪和MAPseq测序方法,对多个单神经元的轴突长距离投射模式进行了定量统计分析,证明大脑采取了多种模式进行信息分流处理,不同的分流模式是被有序地组织起来。这对保持大脑处理和利用信息的高效率非常重要。


基础医学院“青年千人”韩芸耘教授


目前,尽管科学家们已大致了解了大脑皮层与皮层间连接的关系,但在神经元层面,这些信息是怎么传递的依然是个未解之谜。韩芸耘等研究人员首先采用全脑单细胞荧光示踪技术,给小鼠视觉皮层里的神经元做上绿色荧光的标记,在显微镜下标注出不同神经元所映射的位置。他们意外地发现,小鼠初级视觉皮层里的神经元映射极为多样——单个神经元里的信息,竟然可以传递到多个完全不同的区域,最多可以传递到7个区域,且映射到两个区域、三个区域、或是三个以上区域的比例大致相等。这颠覆了单个神经元通常只映射到单个区域的假设。

“这个结果很让人意想不到。”韩芸耘说。很快他们又利用了一种全新的技术MAPseq测序,将成百上千个不同神经元用RNA分子进行了标记。这些RNA的序列都是随机的,就好像验证码一样,具有唯一性。当这些“RNA验证码”进入到神经元后,会顺着轴突来到神经元所映射的区域。他们再使用高通量测序技术,对不同的大脑区域中出现的“RNA验证码”进行分析。结果再次证明,初级视觉皮层里的大部分神经元会映射到多个不同的区域,且映射到两个或三个区域的组合具有高度的有序性。

由于对大脑的基本结构缺乏认知,人们一般都认为每个神经元只映射到一个皮层区域。然而韩芸耘等人的研究成果让科学家们开始重新思考大脑皮层各区之间是如何相互交流的。而对于单神经元映射的进一步深度研究,或将改写人类对大脑的认识。

韩芸耘是基础医学院引进的“青年千人”,主要研究神经网络的结构与功能的关系。


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