就像常春藤植物伸出藤蔓尋找可以攀附的東西一樣，大腦的神經元也會伸出突起，與整個器官中的其他神經元連線。一種新的數字重建方法顯示，三個神經元在整個大腦中廣泛分支，其中一個環繞其整個外層。這一發現可能有助於解釋大腦如何產生意識。
位於華盛頓州西雅圖的艾倫腦科學研究所所長克里斯托夫·科赫在2月15日於馬里蘭州貝塞斯達舉行的透過推進創新神經技術進行大腦研究倡議會議上，解釋了他小組的新技術。他展示了該團隊如何從一個稱為屏狀核的小而薄的細胞層中追蹤三個神經元——科赫認為該區域是小鼠和人類意識的所在地1。
使用傳統方法追蹤神經元的所有分支是一項艱鉅的任務。研究人員將染料注入單個細胞，將大腦切成薄片，然後手動追蹤被染色神經元的路徑。很少有人能夠追蹤神經元穿過整個器官。這種新方法侵入性更小且可擴充套件，節省了時間和精力。
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科赫和他的同事們改造了一系列小鼠，使某種藥物啟用屏狀核神經元中的特定基因。當研究人員給小鼠餵食少量藥物時，只有少數神經元接收到足夠的藥物來開啟這些基因。這導致產生了一種綠色熒光蛋白，這種蛋白在整個神經元中擴散。然後，該團隊拍攝了小鼠大腦的 10,000 張橫截面影像，並使用計算機程式建立了僅三個發光細胞的 3D 重建。
連線良好
科赫說，這三個神經元橫跨大腦的兩個半球，其中一個像“荊棘王冠”一樣環繞著器官的圓周。他從未見過神經元如此廣泛地延伸到大腦區域。小鼠體內含有其他長神經元，例如腿部的神經突起和從腦幹穿過大腦釋放訊號分子的神經元。但這些屏狀核神經元似乎與大腦接收感覺資訊和驅動行為的大部分或全部外部區域相連。
科赫認為這是屏狀核可能正在協調大腦的輸入和輸出以產生意識的證據。大腦掃描顯示，人類屏狀核是大腦中連線最密集的區域之一2，但這些影像並未顯示單個神經元的路徑。
賓夕法尼亞大學費城分校的藥理學家詹姆斯·埃伯溫表示，屏狀核是一個測試新技術的良好大腦區域，因為它已經在小鼠身上進行了廣泛研究，並且僅由幾種細胞型別組成。
評估
哥倫比亞大學紐約市的神經生物學家拉斐爾·尤斯特評價該方法“非常令人欽佩”。 他認為，神經元環繞大腦的存在並不能明確證明屏狀核與意識有關。但他表示，這項技術將有助於在腦中識別不同細胞型別的普查工作，許多人認為這將對理解器官如何運作至關重要。“這就像如果我們不理解字母表，就試圖破譯語言一樣，”他說。
尤斯特和埃伯溫希望看到將單個神經元的 3D 重建與這些神經元中表達的基因分析進行比較。這可能會提供關於每個細胞型別和功能的線索。
科赫計劃繼續繪製從屏狀核發出的神經元，儘管該技術過於昂貴，無法大規模重建所有這些神經元。他想知道該區域的所有神經元是否都延伸到整個大腦，或者每個神經元是否是獨特的，投射到稍微不同的區域。
本文經許可轉載，並於2017年2月24日首次發表。