就像常春藤植物伸出藤蔓寻找可以攀附的东西一样，大脑的神经元也会伸出突起，与整个器官中的其他神经元连接。一种新的数字重建方法显示，三个神经元在整个大脑中广泛分支，其中一个环绕其整个外层。这一发现可能有助于解释大脑如何产生意识。
位于华盛顿州西雅图的艾伦脑科学研究所所长克里斯托夫·科赫在2月15日于马里兰州贝塞斯达举行的通过推进创新神经技术进行大脑研究倡议会议上，解释了他小组的新技术。他展示了该团队如何从一个称为屏状核的小而薄的细胞层中追踪三个神经元——科赫认为该区域是小鼠和人类意识的所在地1。
使用传统方法追踪神经元的所有分支是一项艰巨的任务。研究人员将染料注入单个细胞，将大脑切成薄片，然后手动追踪被染色神经元的路径。很少有人能够追踪神经元穿过整个器官。这种新方法侵入性更小且可扩展，节省了时间和精力。
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科赫和他的同事们改造了一系列小鼠，使某种药物激活屏状核神经元中的特定基因。当研究人员给小鼠喂食少量药物时，只有少数神经元接收到足够的药物来开启这些基因。这导致产生了一种绿色荧光蛋白，这种蛋白在整个神经元中扩散。然后，该团队拍摄了小鼠大脑的 10,000 张横截面图像，并使用计算机程序创建了仅三个发光细胞的 3D 重建。
连接良好
科赫说，这三个神经元横跨大脑的两个半球，其中一个像“荆棘王冠”一样环绕着器官的圆周。他从未见过神经元如此广泛地延伸到大脑区域。小鼠体内含有其他长神经元，例如腿部的神经突起和从脑干穿过大脑释放信号分子的神经元。但这些屏状核神经元似乎与大脑接收感觉信息和驱动行为的大部分或全部外部区域相连。
科赫认为这是屏状核可能正在协调大脑的输入和输出以产生意识的证据。大脑扫描显示，人类屏状核是大脑中连接最密集的区域之一2，但这些图像并未显示单个神经元的路径。
宾夕法尼亚大学费城分校的药理学家詹姆斯·埃伯温表示，屏状核是一个测试新技术的良好大脑区域，因为它已经在小鼠身上进行了广泛研究，并且仅由几种细胞类型组成。
评估
哥伦比亚大学纽约市的神经生物学家拉斐尔·尤斯特评价该方法“非常令人钦佩”。 他认为，神经元环绕大脑的存在并不能明确证明屏状核与意识有关。但他表示，这项技术将有助于在脑中识别不同细胞类型的普查工作，许多人认为这将对理解器官如何运作至关重要。“这就像如果我们不理解字母表，就试图破译语言一样，”他说。
尤斯特和埃伯温希望看到将单个神经元的 3D 重建与这些神经元中表达的基因分析进行比较。这可能会提供关于每个细胞类型和功能的线索。
科赫计划继续绘制从屏状核发出的神经元，尽管该技术过于昂贵，无法大规模重建所有这些神经元。他想知道该区域的所有神经元是否都延伸到整个大脑，或者每个神经元是否是独特的，投射到稍微不同的区域。
本文经许可转载，并于2017年2月24日首次发表。