發(fā)布日期：2018-03-29
今日，一項(xiàng)重量級(jí)的研究刊登在了最新一期的《自然》雜志上：來(lái)自冷泉港實(shí)驗(yàn)室與瑞士巴塞爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)小鼠視覺(jué)皮層進(jìn)行單神經(jīng)元分析，揭示了一個(gè)令人意想不到的信息傳遞模式。這個(gè)模式表明，我們過(guò)去對(duì)于大腦處理信息的理解，其實(shí)是非常片面和不準(zhǔn)確的。
在經(jīng)典大腦模型中，我們知道信息會(huì)在皮層之間逐層傳遞——從初級(jí)視覺(jué)皮層（V1）處獲得的信息，會(huì)往下進(jìn)入到功能更為特異的區(qū)域，幫助我們識(shí)別圖像。然而限于技術(shù)所限，盡管我們大致摸清了皮層與皮層間的關(guān)系，但“分辨率”一直沒(méi)有達(dá)到單細(xì)胞的精度。換句話說(shuō)，在神經(jīng)元層面，我們依舊不知道這些信息是怎么傳遞的。
為了了解在神經(jīng)元層面上的信息傳遞模式，研究人員們首先使用了一種叫做“全腦熒光軸突追蹤”的技術(shù)，給小鼠視覺(jué)皮層里的神經(jīng)元做上綠色熒光的標(biāo)記。然后，他們?cè)陲@微鏡下仔細(xì)地標(biāo)注出不同神經(jīng)元所映射的位置。在三年的辛勤工作下，他們完成了這一壯舉，并意外地發(fā)現(xiàn)，小鼠初級(jí)視覺(jué)皮層里的神經(jīng)元映射極為多樣——單個(gè)神經(jīng)元里的信息，竟然可以傳遞到多個(gè)完全不同的區(qū)域。這顛覆了單個(gè)神經(jīng)元只能映射到單個(gè)區(qū)域的假設(shè)！
▲單個(gè)神經(jīng)元竟可以映射到多個(gè)不同的區(qū)域（圖片來(lái)源：Zador Lab, CSHL）
也許是結(jié)果太具有顛覆性，研究人員們又開(kāi)發(fā)了一種全新的技術(shù)，想通過(guò)完全不同的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。在第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員們將成百上千個(gè)不同神經(jīng)元用RNA分子進(jìn)行了標(biāo)記。這些RNA的序列都是隨機(jī)的，就好像驗(yàn)證碼一樣，具有唯一性。當(dāng)這些“RNA驗(yàn)證碼”進(jìn)入到神經(jīng)元后，會(huì)順著軸突來(lái)到神經(jīng)元所映射的區(qū)域。隨后，研究人員們?cè)偈褂酶咄繙y(cè)序技術(shù)，對(duì)不同的大腦區(qū)域進(jìn)行分析。結(jié)果再次證明，初級(jí)視覺(jué)皮層里的大部分神經(jīng)元會(huì)映射到多個(gè)不同的區(qū)域，且映射到兩個(gè)區(qū)域、三個(gè)區(qū)域、或是四個(gè)區(qū)域的比例大致相等。
▲神經(jīng)元映射的多樣性讓人顛覆了固有的認(rèn)知（圖片來(lái)源：Sainsbury Wellcome Centre）
“一般人們都認(rèn)為每個(gè)神經(jīng)元都只映射到一個(gè)皮層區(qū)域，這是由于我們對(duì)大腦的基本結(jié)構(gòu)缺乏認(rèn)知，”該研究的共同第一作者Justus M. Kebschull博士說(shuō)道：“我們的研究結(jié)果與通常的認(rèn)知截然不同，有望會(huì)讓未來(lái)的實(shí)驗(yàn)手段出現(xiàn)重大變化。”
毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于單神經(jīng)元映射的進(jìn)一步深度研究，將會(huì)改寫我們對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)。動(dòng)物的大腦遠(yuǎn)比我們想象中要復(fù)雜。未來(lái)，我們還需要更多研究，來(lái)理清大腦的結(jié)構(gòu)與功能。
▲韓蕓耘教授位列這項(xiàng)顛覆性研究的作者首席（圖片來(lái)源：華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院）
值得一提的是，該研究的共同第一作者之一，作者列表中的首席為華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的中組部“青年千人“計(jì)劃專家韓蕓耘教授。我們很高興看到華人學(xué)者的研究能為基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展起到重要推動(dòng)作用，也期待未來(lái)能見(jiàn)證更多來(lái)自華人學(xué)者的學(xué)術(shù)進(jìn)展！
參考資料：
[1] The logic of single-cell projections from visual cortex
[2] Brain-wide tracing of single neurons reveals breadth of information transfer from visual cortex
[3] Revolutionary brain-mapping technique provides new blueprint for cortical connections
來(lái)源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯
