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陈琳/编译
本月，英国《自然》科学杂志刊登了一组类似于印象派画一样的图片，实际上它是哈佛大学科学家最新发明的有关老鼠大脑细胞(神经元)的一组彩色成像图。而展示这种彩色脑细胞成像的技术，有一个十分奇特的名字“brainbow”，它和彩虹的英文“rainbow”只差一个字母，因此，有人把它称为“脑虹”。尽管彩色照片对于现代人来说已经太过普通，但是能让脑细胞呈现出90多种鲜明的颜色，在人类的科技史上却是一个重要的突破。 水母发出绿色荧光的启示 在“脑虹”技术诞生之前，人类只能使用两种颜色显示大脑细胞。这就是沿用至今的高尔基染色法(Golgi Stain)。1876年， 意大利解剖学家与病理学家高尔基(Golgi)创造出了以自己名字命名的脑细胞染色法，使用这种方法时，需要将全部神经元细胞涂以颜料，但是只有很少一部分细胞能被染上颜色，成功概率极低。由于常年以来的显示技术的限制，人类要完全了解生物大脑的细胞，探知大脑的奥秘具有相当难度。而这项刊登在《自然》杂志上的研究主要是由哈佛大学的博士后让·李维完成的。研究的灵感来自水母，由于水母有一个基因能够产生出散发绿色荧光的蛋白质。而得益于这种启发，研究人员后来找到一种办法，将这种基因移植到实验老鼠体内，并且只让它们的神经元发光。最早那批实验鼠的神经元只发出绿光。后来研究人员设法给其他老鼠注入别的基因，使它们的神经元发出红光、黄光和绿光。研究者们能一次性就为几百个神经元细胞染上90多种色相鲜明的颜色，通过这种办法很大程度上解决了脑细胞成像的显示问题。 这种方法称为“脑虹”。利用“脑虹”，研究者将能够追踪神经元在神经系统中的活动，从而获得对神经系统的组织和功能的新理解。“过去人们很难描绘出这些神经系统图案，这种方法能够帮助我们解决这个问题。”哈佛大学分子和细胞生物学系以及脑科学研究中心的教授约书亚·萨尼斯说。 “脑虹”技术与彩色显示器原理 对于“脑虹”技术，美国科学家杰夫·理查曼把“脑虹”比作彩色显示器。他说：“‘脑虹’和电视成像的原理有很大的相似之处，就像电视显示器能用红色、绿色与蓝色这三种原色的不同组合制造出各种颜色一样，‘脑虹’利用神经元细胞内所存在的三种以及三种以上的荧光蛋白质通过化合，生成多种色彩。” 不过，和电视显示器利用光波长短不同制造颜色不同，“脑虹”技术所需要的基本颜色取材于生物的色素基因。红基因色素来源于珊瑚，蓝色素则是利用水母中的绿色荧光色素加工而成。在整个研发“脑虹”技术的过程中，研究者们首先将色素基因与DNA打包成组，然后将这些组合直接插入可孕育成老鼠的细胞基因组。随着细胞的分裂、胚胎的形成，这些色素基因也随之分裂生长。为激活这些色素基因，研究人员还将一种来自细菌的重组基因植入老鼠的细胞内。凭着这些在老鼠大脑内部的不同部位或不同发育阶段使用色素基因的标记，科学家们就能轻易地对老鼠大脑中不同类型的细胞涂上不同的颜色。目前，哈佛大学的研究人员已通过“脑虹”技术观测老鼠的大脑神经系统，并且观察到了一些相当有趣的但不为人知的神经元细胞分布模式。 “如果你的电脑机箱里面有100根电线，而且每根电线的颜色都相同，那么你几乎不可能把每根电线都理清楚。”萨尼斯解释说，“但如果那些电线有100种不同的颜色，那么你要看清楚它们连向哪里、如何分叉就很简单了。” 更完善的大脑图景 大脑是生物最精密的器官，而人类对于大脑的探索从未停止。这是一个大脑科学的时代，人类凭借着先进的科学技术，不断深入地探知大脑的奥秘。科学家绘制出了老鼠大脑的基因图谱，并发现老鼠大脑中90%的基因和人类相同。而如何清晰地显示大脑复杂的细胞构成，让更多人对大脑的结构有根本的认知，同时让科学家能更清晰地观测出脑细胞的变化过程，都是留给各国科学家解决的难题。 而“脑虹”技术，利用丰富的色彩，极其清楚地显示出老鼠大脑细胞的结构。这在极大程度上能够帮助科学家在基因的图谱上，更快地建立大脑神经网络详尽图表。同时，“脑虹”技术也为人类认知并治愈疾病打开了一扇大门，通过“脑虹”成像，科学家开始研究孤独症、智力障碍、狂躁症、抑郁症以及学习障碍等可能和大脑的神经线问题相关的疾病。 然而，“脑虹”成像技术却并非无可挑剔。由于其呈现出来的这些丰富的颜色必须在荧光显微镜下才会显现，而这种显微镜价格非常昂贵，通常一台需要几十万美元。同时，由于“脑虹”显示技术是在基因技术和遗传技术结合的背景下发明的，因此，“脑虹”技术的适用对象目前暂时局限于经过基因改造过或
转基因的动物。
以下就是部分发表的老鼠“脑虹”图片：
 这幅图片显示的是脑干负责听觉的神经元细胞相互缠绕，哺乳动物听觉神经的轴突都很粗，部分原因是由于大脑对处理听觉信号的速度要求很高。  这幅图片显示的是一个脑干神经元细胞（红色）被来自其它神经元细胞（蓝色或者黄色）的残留信息所包围。脑干神经元负责大脑的低层功能，比如呼吸和心跳。  这幅图片显示的是小脑，小脑负责运动和身体平衡。  这幅图片显示的是连接大脑和躯体的神经索。这些细长的神经轴突连接大脑和肌肉的神经细胞，负责把来自大脑的指令传达到肌肉。  这幅图片显示的是胶质细胞。胶质细胞又称“星形细胞”，负责神经元细胞的正常活动与物质代谢，能够保护甚至修复神经元。  这幅图片显示的是大脑皮层（也叫“灰质”）的神经元细胞，这些神经元负责高级认知功能和不同的感官功能。  这幅图片显示的是负责学习和记忆的海马体，其中绿色椭圆体是胶质细胞，有很多细丝的就是神经元细胞。 |
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