不要被脑部图片中漂亮的橘色和柠檬黄色光晕所迷惑。如果发明者是对的，那么一种优雅的新型神经影像工具提供的不仅仅是迷人的图片：它首次显示了活体大脑中基因的开启或关闭位置，科学家们周三报道。
直到现在，人类大脑中的基因激活只能在死后的大脑中检测到。通过揭示仍在思考、感受和记忆的大脑中DNA的开关编排，这项新技术有望揭示精神健康的遗传基础，并可能在某一天检测到大脑被阿尔茨海默病、精神分裂症或其他疾病控制的最早迹象。
“这是一项非常令人兴奋的开创性工作，”美国国家药物滥用研究所的约翰·萨特利（John Satterlee）说，他协调了美国国立卫生研究院（NIH）的项目，以研究基因沉默和基因激活的模式，他没有参与这项研究。“他们把我们带到了我们一无所知的地方”——活人脑中基因表达的模式，“并向我们展示了这片土地的面貌。”
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大脑表观遗传学——哪些基因在不同的结构中开启或关闭——已成为一个热门话题，因为神经科学家意识到，遗传DNA的序列对精神疾病的解释非常少。相比之下，哪些基因开启和关闭可能在包括成瘾、阿尔茨海默病、雷特综合征、抑郁症和精神分裂症在内的各种脑部疾病以及与年龄相关的变化中都很重要。而且由于生活事件可以改变基因的开关状态，表观遗传变化可能是悲剧、创伤和其他经历导致大脑长期变化的原因。
该研究的负责人、马萨诸塞州总医院的化学家雅各布·胡克（Jacob Hooker）说，基因活动“对环境的反应非常灵敏，我们根本无法在自然环境之外研究它。”他的研究发表在《科学转化医学》上。“[死亡的]大脑和活着的大脑看起来会非常不同。”
这项新技术是PET的近亲。传统的PET检测来自放射性标记的葡萄糖（大脑的能量来源）的亚原子粒子（称为正电子）的发射，从而揭示哪些大脑区域处于活跃状态。这个版本的PET检测来自放射性标记的“马丁诺斯塔特”（Martinostat）的正电子，马丁诺斯塔特是胡克及其同事于2012年创建的一种小分子。（他们为马丁诺斯塔特申请了专利并获得了许可。）该分子通过静脉注射，穿过血脑屏障（这要归功于一簇“像润滑油一样”的原子，胡克说）。一旦进入大脑，它就会与称为HDAC的酶结合，这些酶会关闭基因——包括对形成突触，从而对学习和记忆很重要的基因。PET检测到正电子，瞧：一张显示基因关闭位置的脑图。
这可能是发现大脑中哪些地方的基因灯熄灭、引发疾病的第一步。
胡克的团队给八名健康志愿者注射了马丁诺斯塔特（以MGH的马蒂诺斯生物医学影像中心命名）。科学家们试图证明这项技术可以在活体大脑中工作，但除了这个原理验证之外，他们还做出了一些初步的发现。
沉默基因的分子在小脑（大脑后部，调节运动）和壳核（也调节运动以及协调某些形式的学习）中最为丰富。基因沉默分子在海马体（形成记忆）和杏仁核（处理和产生诸如愤怒之类的情绪）中最少。目前尚不清楚是什么原因导致了这种模式，但一种可能性是，这些分子最少的区域具有最大的“神经可塑性”潜力，或者说可以根据大脑所有者所经历的生活来改变其神经元连接。
与大脑区域之间的差异相比，人与人之间出乎意料的相似之处更令人惊讶。在一个人的大脑中基因沉默较多的区域在其他人的大脑中也是基因沉默较多的区域，而没有太多基因沉默的区域也大多相同。
这种一致性表明，在健康、活体的大脑中可能存在基因激活的基线模式。如果是这样，那么偏离该模式的情况可能用于在症状出现之前诊断疾病。例如，在已故阿尔茨海默病患者的大脑中，海马体充满了基因沉默分子。
“我希望这些色彩鲜艳的地图能让我们将健康大脑与精神分裂症、阿尔茨海默病和其他疾病患者的大脑进行比较，”胡克说，从而找出基因表达异常的区域。
新的PET技术无法识别哪些特定基因正在被关闭。但是，胡克说，这可以在死后的大脑中完成，“我们正在尝试绘制出哪些基因参与了”哪些情况。
他的团队已经使用这项新技术对九名精神分裂症患者和少数亨廷顿病患者的大脑中的基因表达模式进行了成像。他们有资金开始对阿尔茨海默病患者进行这项研究。结果可能会显示基因沉默出错如何解释这些疾病，并在某一天指出治疗方法。“这真的是能够观察”基因开关信号如何引起或至少是这种脑部疾病的先兆的第一步，NIH的萨特利说。
这种可能性已经引起了生物技术行业的关注。总部位于马萨诸塞州剑桥市的初创公司Rodin Therapeutics正在开发通过抑制基因沉默酶来治疗阿尔茨海默病、帕金森病和创伤后应激障碍的药物。这种方法前景广阔，生物技术巨头百健愿意为此支付5亿美元。