不再是笨蛋:新技术创造出透明大脑

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


卡尔·戴瑟罗思是光遗传学领域的先驱,这项技术以风暴般的速度席卷了神经科学界,它使人们能够利用光学和遗传学方法来精确控制单个神经元和大脑回路的开启和关闭。

戴瑟罗思和他在斯坦福大学的团队现在提出了一种全新的探索大脑的方法,美国国家精神卫生研究所所长托马斯·因塞尔在《自然》杂志上表示,这代表着“可能是近几十年神经解剖学最重要的进展之一”。

顾名思义,这是一种使小鼠或人类的死后大脑变得透明的方法,这对于希望真正清楚地了解神经组织中错综复杂的布线,而无需在计算机中数字堆叠微小脑切片的研究人员来说是一大福音。我们姊妹刊物《自然》杂志上的论文已于4月10日上线,因此《大众科学》决定与戴瑟罗思讨论这一进展。


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什么是CLARITY?

Clarity(清晰化)是指将天然组织成分替换为来自体外的成分,以实现新的可见性、可访问性或功能的过程。例如,《自然》杂志论文中描述的CLARITY方法涉及将天然脂质替换为人工水凝胶,后者提供透明度、硬度和标记组织的能力。

您是如何使其工作的?

我们首先在组织内部就地构建一种新的坚固的水凝胶基础设施,该基础设施保留蛋白质和核酸,但排除脂质,然后可以使用离子去污剂和电泳有力地去除脂质

这对大脑和其他研究人员有何益处?

这使研究人员能够在不拆解复杂生物系统的情况下以高分辨率研究它们。这不仅节省了大量时间和精力,而且还服务于有用的科学目的,例如,通过允许评估复杂系统中不同元素之间的联合关系——例如,全脑连接模式与分子标记组相结合。

这与您在理解神经回路技术(光遗传学)方面的其他工作有何关联?

它独立于我们的光遗传学技术,但两者可以协同工作。例如,可以澄清来自动物的大脑,其中已传递光遗传学控制(在表达与荧光蛋白融合的视蛋白的神经元上,就像我们通常配置的那样),并且这导致了已知的行为改变(例如,一只在受到电击后停止进食的小鼠)。因此,可以绘制已知会导致某种程度行为改变的同一动物中那些相同神经元的局部和全局连接。

您认为您将来能够在活体动物身上做类似的事情吗?

《自然》杂志论文中描述的CLARITY方法与生命不相容,因为脂质对生命至关重要,但其他CLARITY方法可能是可以的。

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大众科学, edits and reports on emerging advances that have propelled brain science to the forefront of the biological sciences. Stix has edited or written cover stories, feature articles and news on diverse topics, ranging from what happens in the brain when a person is immersed in thought to the impact of brain implant technology that alleviates mood disorders such as depression. Before taking over the neuroscience beat, Stix, as 大众科学's special projects editor, was responsible for the magazine's annual single-topic special issues, conceiving of and producing issues on Albert Einstein, Charles Darwin, climate change and nanotechnology. One special issue he oversaw on the topic of time in all of its manifestations won a National Magazine Award. With his wife Miriam Lacob, Stix is co-author of a technology primer called Who Gives a Gigabyte? A Survival Guide for the Technologically Perplexed.

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