畫張地圖，解密大腦

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大腦就像是一個錯綜復雜的迷宮。一個小小的問題就可能導致精神疾病或者腦神經(jīng)疾病，但是我們卻像無頭蒼蠅一樣，不知道根源在哪里。繼人類基因圖譜之后，歐美國家又開啟了人類大腦圖譜的繪制計劃，將利用切片和透明化等技術，揭開大腦的神秘面紗。

缺張地圖的迷宮

大腦是我們最精密和復雜的器官，我們的情緒變化、感知能力、遣詞造句、平衡能力、運動能力等都與大腦密切相關。然而，大腦也是我們了解最少的器官，因此許多精神疾病和腦神經(jīng)疾病對我們而言都十分神秘，我們不知道這些疾病如何發(fā)生，也不知道到底是大腦的哪個部分出現(xiàn)了什么問題，只能坐以待斃。

DSM是美國的精神疾病分類和診斷標準，我國現(xiàn)在用的CCMD-3診斷標準就是參照DSM-IV制定的。今年，美國出臺了新的精神疾病分類和診斷標準——DSM-V， 不出意外，質(zhì)疑之聲四起。根據(jù)DSM來診斷精神疾病似乎有很大的局限性?？茖W性上更為成熟的醫(yī)學領域通常都有明確的解剖學、生理學、生物化學、基因?qū)W的“證據(jù)”，而在精神疾病領域，DSM卻只依靠患者的癥狀進行診斷，未免顯得有些“單薄”。如果腦神經(jīng)學的進步，能夠讓我們從解剖角度尋找到精神疾病的根源，一切也許會變得更加清晰。

除了精神疾病，我們對阿茲海默癥、帕金森、癲癇等腦神經(jīng)疾病也幾乎束手無策。雖然，核磁共振等成影技術能夠幫助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)阿茲海默癥等疾病，從而盡量延緩病程的發(fā)展，但仍然無法讓研究者了解神經(jīng)元是如何遭到破壞，損傷又是如何一步步擴展的。大腦像是一個陌生而又錯綜復雜的迷宮，我們現(xiàn)在急需制作一份準確而精密的地圖，然后一步步進行探索和發(fā)掘。

精度最高的3D大腦圖

一個國際神經(jīng)學家團隊將一位65歲女性死后的大腦切片、成像和分析，制作出了至今最詳盡的人類3D大腦圖。該大腦圖展示了顯微鏡精度的神經(jīng)元組織，有助于更新現(xiàn)有的大腦結構信息。相關論文發(fā)表在《科學》期刊上，完整的數(shù)據(jù)集也將上傳到互聯(lián)網(wǎng)，供全球科研人員免費下載。

為了制作人類大腦圖，德國和加拿大的研究人員挑選了一位65歲女性死亡后的大腦，然后利用一種超薄切片機，將由石蠟包裹的腦組織小心翼翼地切成7400多片，每片的厚度只有20微米，接著將切片染色，用于發(fā)現(xiàn)細胞體，接著對它們進行數(shù)字化處理。經(jīng)過總共1000個小時的艱辛工作，終于創(chuàng)建出一幅三維腦圖像。研究者之一、德國杜塞爾多夫大學的神經(jīng)學家卡特琳·阿姆茨說，這位女性的大腦并無特別之處，他們挑選的唯一標準就是要一個沒有神經(jīng)或精神方面問題記錄的腦，也就是所謂“健康的腦”或者“正常的腦”。

這幅3D大腦地圖的分辨率達20微米，比一根頭發(fā)絲還細，而利用核磁共振成像技術構建的大腦圖精度只能達到1毫米，因此前者比后者要高出50倍?？梢哉f，該大腦圖的精度要遠高于現(xiàn)有的基準腦圖的。這對于更好地認識人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復雜結構具有重大意義。

研究人員說，這一研究項目，為了解認知、語言、情緒及其他類似過程的神經(jīng)生物學基礎鋪平了道路，它也將能幫助科學家更好地認識阿茲海默癥等疾病的病理，并為藥物研發(fā)提供有價值的信息。

將大腦透明化

斯坦福大學生物工程學的研究團隊，使用一種果凍狀的水凝膠替換掉大腦中不透明的組織，將大腦透明化，讓研究者可以清楚地看到神經(jīng)元（大腦神經(jīng)細胞）以及神經(jīng)元之間錯綜復雜的突觸。將大腦放進充滿水凝膠的容器中，水凝膠分子就會慢慢滲透其中，并將原本細胞外包裹的脂質(zhì)雙分子層替換掉。稍后，再用電化學方法移除被替換掉的脂質(zhì)雙分子層。接著，研究人員將處理過的大腦加熱到正常人體溫度，使分子間形成堅固的網(wǎng)狀結構，好似包裹在腦外的一個殼。放置8天后，一個完整的、透明的大腦就出現(xiàn)了。

用裸眼就可以在這個透明的大腦上清楚地看到丘腦、腦干、大腦皮質(zhì)和海馬體等大腦結構，在顯微鏡下，則可以進一步看到大腦活動的基礎結構——白質(zhì)，就連神經(jīng)回路和細胞都能看得見?？茖W家制作出的透明化的第一個人類大腦，來自一名孤獨癥患者。

相比將大腦組織切成薄片制作而成的大腦圖，這種整體的透明化大腦能夠清楚地呈現(xiàn)神經(jīng)元之間的聯(lián)系，因為神經(jīng)元延伸出去的突觸沒有被切斷。正是神經(jīng)元的突觸之間所傳遞的信息構成了我們的所有思緒，將它們完整地保留對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究十分重要。另外，由于使用的水凝膠透明且具有滲透性，因此研究人員可以在其中加入不同顏色的熒光染料，特定的部位或細胞就可以被標記出來。讓人能更容易分辨出大腦不同的部位。