研究大腦的新技術

美國斯坦福大學神經生物學家李凌，最近發明了一種對單個神經元細胞及突觸進行體內標識的技術, 並利用此技術成功地拍攝出老鼠體內單個神經元細胞及其突觸分佈的三維照片。

李凌博士介紹說, 這種三維照片可以顯示轉基因老鼠大腦的不同區域在不同發育階段的各種神經元及其突觸分佈形式，這將使人類能夠了解大腦神經網絡發育的詳盡信息，有助於對神經網絡中信息流的傳遞規律進行深入研究。

利用這種技術, 人們還能夠直接地、實時地觀測活體老鼠大腦中的細胞, 包括觀察未分化的腦細胞是如何發育為單個的複雜神經細胞，然後形成複雜的神經網絡。這項發明為神經生物學研究提供了一個新的技術平台, 是一項基礎性的突破，對於破解人類大腦之迷有著極其重大的意義。

破解人類大腦之迷是本世紀最重要的科學研究方向之一。人類大腦中的神經網絡非常複雜，成百上千億個神經元細胞之間通過突觸來相互通訊, 從而使信息在神經網絡中進行傳遞，並最終導致各種複雜的思維活動。人們對研究信息流是如何在神經網絡中進行傳遞的, 有著極大的興趣。現代神經生物學的一個重要課題就是破解哺乳動物包括人類的極度複雜的神經網絡。神經系統中神經元細胞功能和結構上的多樣性，神經迴路的高度複雜性對這個當代神經生物學的關鍵性問題提出了極大的挑戰。這一方向的研究成果也必將對人工智能的研發有著極大的指導意義。

目前的神經生物學標識方法很難在動物體內跟踪標識單個或者少量的神經元細胞，而只能同時標識所有或者大量的神經元細胞。這導致我們無法清晰地識別單個神經元細胞之間的精確連接，無從準確判斷神經網絡的形成，更無從研究信息流在神經網絡中的傳遞規律。

李凌博士簡介

李凌博士曾經就職於麻省理工學院（MIT）懷特海（Whitehead）研究所。她曾在《科學》（Science）雜誌上發表學術論文，首次揭示了microRNA的功能。該成果被評為2004年全球十大科學研究成果之一。 2005年李凌博士加入斯坦福大學駱利群實驗室，開始了對哺乳動物神經網絡發育的研究。在此期間，李凌及其同事發現, 目前的神經網絡研究極大地受限於神經細胞標識技術，因此致力於開發單個神經元細胞的標記方法。神經生物學標識方法有很多種，李凌博士通過分析認為轉基因方法有可能獲得很高的分辨率。經過三年多反复的篩选和實驗，李凌博士終於找到一組外源基因。當在老鼠體內插入這些基因片段後，老鼠體內少數的神經元細胞便會發出紅色熒光，相應的突觸則會發出綠色熒光。這些單個的神經元細胞及突觸便一目了然地呈現在顯微鏡下。李凌博士還在這項技術中加入了熒光強弱調控功能。只要讓老鼠飲用某種“飲料”，熒光便可消失或重現。

李凌博士已經利用這種具有高分辨率的技術對老鼠小腦進行了初步研究，結果顯示老鼠小腦中的顆粒細胞（granule cell）的神經突觸密度比人們以前的估計高出一倍，這意味著老鼠小腦中的神經網絡比以前的估計還要復雜。由於看好此項技術的應用前景，世界著名的生物製藥公司Genentech已經向斯坦福大學購買了此項技術專利，並已開始將其用於對人類神經系統疾病的研究及對相關藥物的開發。