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2013 年4月18 日 星期四 Tel押(010)

51949393 3 主编: 赵路 编辑: 杨济华 校对: 王心怡 E-mail押lzhao@stimes.

cn 图片来源: MICHAEL SOHN/AP Karl Deisseroth 的运气很好.3 月份, 这位 美国加利福尼亚州斯坦福大学的神经学家、 精 神病医师、 工程师, 因为发展光遗传学―― ―允 许研究人员通过光操控神经活动的工具―― ― 而与别人分享了世界上最大的神经学奖. 两周 前,他被任命为总统巴拉克 ・ 奥巴马投入

1 亿 美元资金的大脑研究计划的顾问. 上周, 在 《自 然》 杂志上, Deisseroth 展示了一种获得脑影像 的新方法, 很多研究人员称, 这将彻底改变实 验室研究这一错综复杂的器官的方式. 这是神经学历史上的非凡事件之一. 加 利福尼亚州索尔克生物研究所的神经学家 Terrence Sejnowski 这样评价 Deisseroth 使组织 透明化的新方法―― ―CLARITY.Sejnowski 将 这项技术与高尔基染色法相比较, 后者在

100 多年前使科学家可以追踪特定神经元及其投 射. 直到你真正看到它,否则你不会知道 CLARITY 有多惊人. 他说, 你不仅能看到 单独神经元的详细图像, 还能看到整个神经元 群体、 它们的投射以及大脑的内部结构.它的 启迪作用很大, 几乎拥有无限可能, 可以使任 何标记过的东西成像. 这项技术可以使任何器官成为透明可见 的,这也是 Deisseroth 试图改善脑影像技术时 遇到的挑战.Deisseroth 希望可以解析像精神 分裂症和抑郁症这样的精神疾病.目前, 制作 一个大脑的 3D 影像需要将其组织切成数百 个甚至数千个薄片, 详细扫描每个薄片的影像 并传入计算机, 再精心调整各部分的位置.加 利福尼亚大学(UC)洛杉矶分校的神经学家 Arthur Toga 表示,通过数字方式将轴突重新 缝合起来―― ―每个大约相当于人头发直径的 1/100―― ―不仅耗费大量的计算机操作时间, 还容易产生明显误差. 切片和脑影像技术几十 年里一直在改善, Toga 认为, CLARITY 可能 很快会使该技术变得无用: 我将会和研究人 员讨论这个问题. Deisseroth 和同事研究了

6 年的 CLARI- TY 技术完全跳过切片这一步,克服了传统脑 影像技术上的最大困难: 用于形成细胞膜并保 持神经元和其他大脑细胞及细胞器完整的脂 肪分子, 即脂质.就像油在阳光照射下的水中 会产生七彩的光泽, 这些分子将光分散到各个 方向, 导致光学显微镜不可能观察到大脑内部 几百微米以下的情况.脂质也排斥很多物质, 比如抗体, 因此要想不对大脑进行切片就标记 一些特殊类型的细胞是很困难的. Deisseroth 称,由于脂质有保持大脑结构 的作用, 因此研究中不可能去除它, 否则 大脑 里所有的物质就会分散 .而CLARITY 首次 通过向大脑,或其他任何组织中注射水基凝 胶, 以及一种大分子丙烯酰胺―― ―这种物质通 常用来通过电泳分离和分析 DNA 分子―― ― 来代替脂质. 脂肪分子随后被电流和洗涤剂一 起冲洗出来.Deisseroth 表示, 在直径为

4 毫米 的小鼠大脑里, 这一过程大约需要

9 天. UC 圣地亚哥分校的神经学家 David Kle- infeld 指出, 与之前将脂质转移出大脑组织的方 法相比, 这一做法有了明显改善 . 他说, 尽管其 他实验室曾试图清除大脑内的脂质,但是以前 的尝试都由于组织过于脆弱而作罢.Kleinfeld 称, 他计划使用 CLARITY 来研究人的脑干, 该 区域的神经元由于被充满脂质的髓磷脂所包围 而难以成像.关于这一计划, 我们很激动 . Sejnowski 表示,这项技术最令人兴奋的 地方在于, 它允许科学家使用标记物渗入大脑 来标记一些特殊的细胞、神经递质或蛋白质;