紫红色、深红色和灰褐色交织在一起。当这些令人眼花缭乱的色彩——每种色调代表一个不同的神经元——在2007年首次出现在神经科学界时,研究人员称赞它们是理解大脑结构的一种新方法。哈佛大学的神经科学家通过将来自细菌、珊瑚和水母的基因插入到小鼠神经细胞中,编码三种不同的荧光蛋白,创造出了能够表达蛋白质随机组合的神经元。这些组合可以照亮多达90种不同颜色的细胞,将科学图像转变为视觉上引人注目的艺术作品。
最初开发用于绘制神经回路,今天一些科学家认为,这项名为“大脑彩虹”的技术更适合于其他任务,例如更仔细地观察特定神经元的功能以及行为背后的脑细胞。而且由于大脑彩虹神经元的子细胞继承了与其亲代细胞相同的颜色,科学家可以使用这种方法来研究细胞簇如何生长和发育。这组图像让我们得以一窥这些最新发现。

果蝇的隐秘生活
在上面显示的果蝇大脑中,科学家选择性地标记了释放章鱼胺的神经元,章鱼胺是一种参与多种行为(包括睡眠和攻击性)的神经化学物质。
右图显示了大约2000个在雄性果蝇求偶行为中起作用的神经元。
图片来源:PHUONG CHUNG 和 JULIE H. SIMPSON 友情提供
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。

洞察发育
斑马鱼胚胎体积小且透明,这使得科学家可以在显微镜下观察活体动物的早期发育。左侧近处的图像提供了斑马鱼大脑脑室的特写视图,脑室是新生神经元的腔室。每条颜色均匀、垂直延伸的线都包含源自同一亲代细胞的神经元。左侧远处的图像提供了从脊柱上方观察到的鱼体视图。
图片来源:ZACHARY TOBIAS,在塔米利·A·魏斯曼位于路易斯与克拉克文理学院的实验室拍摄的斑马鱼脑室照片(斑马鱼神经元);艾伯特·潘医学学院,佐治亚州立大学(斑马鱼身体)友情提供

光纤
在这根小鼠视神经中,彩色细胞是少突胶质细胞,它们形成髓鞘,髓鞘是一种保护神经的脂肪层。在这根神经中,它屏蔽了眼睛和大脑之间的电信号。
图片来源:阿兰·谢多塔尔视觉研究所,法国国家健康与医学研究院友情提供
.jpg?w=600)
原始大脑彩虹神经元
上面的图像显示了人类胚胎肾细胞,是2007年发表的最初的大脑彩虹概念验证演示之一。
图片来源:摘自 JEAN LIVET 等人在《自然》杂志,第450卷;2007年11月1日发表的“用于神经系统中荧光蛋白组合表达的转基因策略”

星光皮层
左侧,彩色锥体神经元照亮了小鼠皮层。这些神经元是哺乳动物大脑中最常见的细胞类型之一,被认为与复杂的认知有关。
图片来源:摘自 KARINE LOULIER 等人在《神经元》杂志,第81卷,第3期;2014年2月5日发表的“使用组合标签的多重细胞和谱系追踪”(补充信息)

巨型连接点
当前技术的局限性使得使用大脑彩虹技术难以看到神经元之间的突触连接。一个例外是神经肌肉接头——在上面的右侧两幅图中显示在小鼠身上——在那里,与肌纤维连接的神经元数量少且体积大。每条色带都是一个运动神经元,它与其邻居竞争,直到只有一个留在突触处。科学家可以将这些图像组合起来,构建更完整的运动神经元回路视图,如左图所示。
图片来源:伊恩·布斯比和杰夫·W·利希特曼哈佛大学友情提供

先有鸡还是先有蛋?
科学家还使用基于大脑彩虹的技术来研究小鸡的神经发育。在左侧远处的图像中,研究人员标记了11日龄鸡胚胎发育大脑前部附近区域的神经元。左侧近处的图像描绘了小鸡脊髓中的神经发生——或新神经元的生长。子细胞的颜色与亲代细胞的颜色相匹配。
图片来源:摘自 FERNANDO GARCÍA-MORENO 等人在《发育》杂志,第141卷,第7期;2014年4月1日发表的“克隆是一种靶向单个祖细胞并研究其在小鼠和小鸡后代中的新方法”(小鸡大脑神经元);摘自 KARINE LOULIER 等人在《神经元》杂志,第81卷,第3期;2014年2月5日发表的“使用组合标签的多重细胞和谱系追踪”(小鸡脊髓神经元)