2016年08月27日(ri)訊 近日(ri)，來自(zi)國外的(de)神經(jing)科學家開發了(le)一(yi)(yi)種新方法，可(ke)以實時觀察(cha)大腦(nao)中(zhong)化學信(xin)使的(de)水平起伏狀(zhuang)況，同(tong)時研究(jiu)者們還能夠(gou)觀察(cha)到當小鼠對聲音產生反應流口水時大腦(nao)中(zhong)神經(jing)遞質水平的(de)激增，就像巴(ba)浦洛夫的(de)狗一(yi)(yi)樣(yang)，一(yi)(yi)聽到鈴響(xiang)，就會分泌唾(tuo)液。
這(zhe)(zhe)項(xiang)研究發(fa)表(biao)在(zai)8月22日在(zai)費(fei)城(cheng)舉辦的(de)(de)(de)(de)美國化學協會(hui)年會(hui)上(shang)，研究人(ren)員利用(yong)這(zhe)(zhe)種新技(ji)術(shu)就可以(yi)幫助闡明神經(jing)遞(di)質的(de)(de)(de)(de)復雜(za)語言(yan)，最終(zhong)或(huo)將幫助科(ke)學家們更好(hao)地理(li)解大(da)(da)腦的(de)(de)(de)(de)回路。大(da)(da)腦的(de)(de)(de)(de)電(dian)涌(yong)現象(xiang)很(hen)容(rong)易去追蹤，但(dan)檢測驅(qu)動這(zhe)(zhe)一(yi)活性產生的(de)(de)(de)(de)化學信(xin)號卻(que)非常(chang)困(kun)難，即在(zai)大(da)(da)腦細胞(bao)和促使大(da)(da)腦細胞(bao)激活之間循(xun)環的(de)(de)(de)(de)神經(jing)遞(di)質，來自MIT的(de)(de)(de)(de)研究者Michael Strano指出，這(zhe)(zhe)是大(da)(da)腦中所隱藏的(de)(de)(de)(de)信(xin)號網絡，我們需要利用(yong)工(gong)具去揭(jie)開它(ta)神秘的(de)(de)(de)(de)面紗。
在(zai)大(da)腦的(de)(de)(de)(de)很(hen)多(duo)結(jie)構(gou)中，神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)遞質(zhi)都(dou)可(ke)以在(zai)不(bu)能檢測(ce)到的(de)(de)(de)(de)極低(di)水平下(xia)存(cun)在(zai)，通常(chang)情況(kuang)下(xia)，研究者通過抽(chou)取神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)之(zhi)(zhi)間流動的(de)(de)(de)(de)液體并(bing)且在(zai)實(shi)驗(yan)室中分(fen)析其(qi)內容，來監(jian)測(ce)大(da)腦神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)遞質(zhi)的(de)(de)(de)(de)水平，但這(zhe)種(zhong)技術(shu)并(bing)不(bu)能實(shi)時測(ce)定(ding)神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)遞質(zhi)的(de)(de)(de)(de)活性。另外一種(zhong)選擇就(jiu)是將金屬探針(zhen)(zhen)插入(ru)到神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)(de)空(kong)間中來測(ce)定(ding)當神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)遞質(zhi)接觸(chu)金屬探針(zhen)(zhen)時神(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)遞質(zhi)所產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)化學反應，但這(zhe)種(zhong)探針(zhen)(zhen)不(bu)能有效區分(fen)在(zai)結(jie)構(gou)上(shang)(shang)相(xiang)似的(de)(de)(de)(de)分(fen)子，比如多(duo)巴(ba)胺等，多(duo)巴(ba)胺主要參與(yu)機體的(de)(de)(de)(de)愉(yu)悅感和獎懲機制，而去甲腎(shen)上(shang)(shang)腺素則(ze)參與(yu)機體警覺度的(de)(de)(de)(de)表現。
熒光安裝（Fluorescence fix）
今年5月份，來自西(xi)奈山伊坎醫(yi)學院的(de)研究(jiu)者Paul Slesinger和加(jia)利福尼(ni)亞大學的(de)David Kleinfeld通過研究(jiu)報道(dao)了(le)一種新方(fang)法，該方(fang)法可(ke)以制造出遺傳修(xiu)(xiu)飾化的(de)人類細胞(bao)，而這些修(xiu)(xiu)飾后(hou)的(de)細胞(bao)則能夠產生用于神經遞(di)質的(de)人工受(shou)體，這些受(shou)體都(dou)被(bei)(bei)連接上熒光分子，以便(bian)當特殊的(de)神經遞(di)質與其結合時細胞(bao)就會被(bei)(bei)點亮。
研究(jiu)者將(jiang)名為CNiFERs的(de)細胞植入到13只(zhi)小(xiao)鼠的(de)大腦(nao)中，CNiFERs細胞即(ji)為基于(yu)神經遞質熒光工(gong)程化受體開發(fa)的(de)細胞，隨后研究(jiu)者在小(xiao)鼠頭蓋(gai)骨上開口完全暴露出小(xiao)鼠的(de)大腦(nao)組織，并(bing)且將(jiang)透明的(de)覆蓋(gai)物(wu)置于(yu)開口處，以便他們可以更加(jia)清楚(chu)地通過(guo)顯微(wei)鏡實時觀(guan)察細胞的(de)點(dian)亮過(guo)程。
在5天的時(shi)間里，在給(gei)予小(xiao)(xiao)鼠(shu)糖治療之前研(yan)究者(zhe)通過制造聲音來(lai)追(zhui)蹤(zong)小(xiao)(xiao)鼠(shu)，當(dang)小(xiao)(xiao)鼠(shu)聽(ting)到(dao)聲音后(hou)很快就(jiu)會學(xue)會分泌唾液(ye)；每(mei)天研(yan)究者(zhe)都會記錄來(lai)自小(xiao)(xiao)鼠(shu)大(da)腦(nao)中(zhong)的光信息，從而確定小(xiao)(xiao)鼠(shu)大(da)腦(nao)中(zhong)神(shen)經遞質(zhi)釋放的準(zhun)確時(shi)間；這樣一來(lai)研(yan)究者(zhe)就(jiu)實現了首次觀察到(dao)小(xiao)(xiao)鼠(shu)在聽(ting)到(dao)聲音后(hou)大(da)腦(nao)中(zhong)多巴胺信號水(shui)平的激(ji)增。
去甲(jia)腎(shen)上(shang)腺(xian)素(su)是(shi)一種參與機體(ti)警覺反應的(de)分(fen)子，同(tong)時其(qi)還被認(ren)為在機體(ti)學習(xi)過程中(zhong)水平(ping)會不斷增加，但研(yan)究(jiu)者從來沒有實(shi)時地(di)實(shi)現過從多(duo)巴(ba)胺中(zhong)有效區分(fen)去甲(jia)腎(shen)上(shang)腺(xian)素(su)，通過對CNiFERs細胞(bao)進(jin)行工程化操(cao)作使(shi)其(qi)對每一種神經遞質都(dou)變(bian)得特殊，研(yan)究(jiu)者Slesinger和(he)Kleinfeld就通過研(yan)究(jiu)首次發(fa)現，去甲(jia)腎(shen)上(shang)腺(xian)素(su)的(de)水平(ping)隨著聲音發(fa)生(sheng)后在可變(bian)的(de)時間內會達到峰值(zhi)，而且不會隨著個體(ti)的(de)訓練而發(fa)生(sheng)改變(bian)，這就表明，神經遞質或許會對其(qi)它因素(su)或行為反應產生(sheng)響應。
利用針(zhen)對兩種神經遞質的CNiFERs分離細胞進行研究或許(xu)最終可以幫助揭示，是(shi)否(fou)去甲腎上腺素(su)在個體(ti)學(xue)習和成癮過程中扮演重(zhong)要角色，以及是(shi)否(fou)靶向(xiang)作用去甲腎上腺素(su)的藥(yao)物能夠改變(bian)機體(ti)的行為(wei)。
映(ying)射(she)方法（Mapping methods）
研究者Strano說(shuo)道，這種新(xin)技術或許(xu)可(ke)以改善(shan)當前的(de)方法，因為(wei)其能夠(gou)直接(jie)對神經遞(di)質(zhi)進行定量(liang)，從而(er)代替了通過(guo)效應來計算神經遞(di)質(zhi)水平(ping)的(de)方法，而(er)新(xin)方法能夠(gou)幫助我們進行最純粹的(de)檢(jian)測。但研究者擔心的(de)是(shi)，遺傳修(xiu)飾的(de)細胞或許(xu)和天(tian)然(ran)細胞的(de)行為(wei)不太一樣，如今Strano的(de)實驗室正(zheng)在對一系列納米(mi)管進行試(shi)驗，當這些納米(mi)管遇到大(da)腦(nao)中的(de)神經遞(di)質(zhi)時其就能夠(gou)跨(kua)越血腦(nao)屏(ping)障并且發光。
但來自(zi)加利福尼亞大學(xue)的(de)(de)(de)研(yan)究者Lin Tian認為，這(zhe)種技術的(de)(de)(de)用途或(huo)許(xu)有限，CNiFERs可以幫(bang)(bang)助(zhu)闡明是(shi)(shi)(shi)否諸(zhu)如(ru)多巴胺等分子的(de)(de)(de)總體水平(ping)是(shi)(shi)(shi)上升狀態還是(shi)(shi)(shi)下降狀態，但其卻并(bing)不能幫(bang)(bang)助(zhu)揭(jie)示神經元(yuan)是(shi)(shi)(shi)發送信(xin)號還是(shi)(shi)(shi)接受信(xin)號，這(zhe)對于(yu)繪制復雜交錯(cuo)的(de)(de)(de)大腦回路無疑(yi)是(shi)(shi)(shi)非常(chang)困難的(de)(de)(de)。相反(fan)，Lin Tian和(he)其同事目前正在(zai)對細(xi)(xi)菌的(de)(de)(de)蛋(dan)白進行修(xiu)飾以便修(xiu)飾后的(de)(de)(de)細(xi)(xi)菌蛋(dan)白能夠結合神經遞質并(bing)且發光(guang)，而且這(zhe)種技術足夠精確以至于(yu)能夠檢測出兩個(ge)神經元(yuan)之間單個(ge)間隙中(zhong)的(de)(de)(de)谷氨酸鹽信(xin)號分子，從(cong)而幫(bang)(bang)助(zhu)揭(jie)示具體參與該(gai)過程的(de)(de)(de)確切(qie)細(xi)(xi)胞的(de)(de)(de)存在(zai)。
研(yan)究者(zhe)Tian說道，CNiFERs或許對(dui)于基于氨基酸的神經肽類(lei)非常有用(yong)，比如食(shi)欲肽（orexin），其主要參與機體的睡(shui)眠和藥物尋求行為，利用(yong)一些(xie)化學技術很難檢測(ce)這些(xie)大型分(fen)子，如今研(yan)究者(zhe)們正在對(dui)CNiFERs及其它的神經肽類(lei)進行研(yan)究。
所有(you)研究(jiu)者都想(xiang)盡力去擴(kuo)大能(neng)夠(gou)(gou)被檢(jian)測到(dao)的神經遞質(zhi)的目錄，研究(jiu)者Kleinfeld說(shuo)道，CNiFERs或許并不太可能(neng)被用于人類機體(ti)(ti)試驗中(zhong)(zhong)，因為(wei)將細胞(bao)植入(ru)到(dao)大腦中(zhong)(zhong)非常危險(xian)，但CNiFERs或許可以(yi)被用來檢(jian)測藥(yao)物是否(fou)在(zai)小(xiao)鼠機體(ti)(ti)內能(neng)夠(gou)(gou)正常工作，同時其還(huan)能(neng)夠(gou)(gou)足夠(gou)(gou)敏感(gan)地(di)檢(jian)測大腦的功能(neng)異常。
腦成像就是通過最新技術使得神經科學家可以“看到活體腦的內部”。
在單一的平面，利用X線旋轉照射大腦，由于不同的大腦組織對X線的吸收能力不同，因而可以構建出大腦斷層面的影像；堆疊每一層的大腦掃描圖像，我們就可以構建大腦的立體影像。
CT技術屬于結構成像技術，它只能用于觀察大腦的靜態結構，而不能用于觀察大腦的動態功能。雖然CT圖像的分辨率不高，但足夠將大腦的主要結構進行可視化，因此可以用于觀察大腦腫瘤。
MRI和CT一樣。MRI的大致原理是當把物體放置在磁場中，用適當的電磁波照射它，就可以改變氫原子（也可以選擇其他原子，比如氧原子）的旋轉排列方向，使之共振，然后我們就可以分析該過程中釋放的電磁波。
由于大腦中各種組織間含水比例不同，即含氫核數的多少不同，因此不同組織間核磁共振信號強度之間存在差異，利用這種差異作為特征量，就可以把各種組織分開。與CT類似，MRI也可以用于檢測大腦結構以及觀察組織中的腫瘤。
CT和MRI之間沒有絕對的優(you)劣之分，在某些(xie)場合(he)它們可以(yi)互(hu)補使用從而彌補各自(zi)的不足(zu)。
以往有關大腦白質纖維束（white matter fiber ，WMF）的研究主要依賴于活體動物的大腦組織或尸體解剖研究。常規的磁共振成像如 T2WI、FLAIR、MT (magnetization transfer imaging )圖像雖然可以顯示大腦白質和灰質之間的差別，但這些成像方法不能顯示大腦白質纖維的走行方向，因此也就不能提供完全的白質纖維的解剖信息。DTI反映了 WMF 中水分子彌散的方向依賴特性，其 FA 圖像可以顯示大腦白質纖維的結構和各向異性特征，如顯示內囊、胼胝體、外囊等結構。但 DTI 不能提供相鄰體素之間白質纖維是如何連接的。隨著計算機軟件的不斷開發和利用，人們利用 DTI 所獲得的數據進行大腦白質纖維成像，此即為彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT），DTT 是 DTI 技術的進一步發展，它可以辨認大腦內的特殊纖維通道及其相互之間的連接。由于 DTT 是新近應用的磁共振彌散成像技術，其名稱尚欠統一，例如有稱為纖維跟蹤技術（fiber tracking）或白質纖維束成像（tractography）等。
盡管存在很多的計算方法，但其總的原則就是使含有相同軸索的體素之間進行連接。到2015年，3D 白質纖維束成像大致可分為兩種方法：一種為線形擴展法（line propagation techniques）該方法是將局部張量信息作為擴展的一個步驟；另一方法為能量最小法（energy minimization techniques），其法為應用最小的能量發現兩個預先設定的象素之間的最佳通道，又可分為兩種，快速行進法（fast marching technique，FMT）和模擬退火法（simulated annealing approach，SAA）。
DTT 成像的基本原理是假設彌散張量成像中的最大本征值λ1代表局部占優勢的纖維軸索的走行方向。Mori 等最早于 1999 年利用動物進行試驗，成功的顯示了大腦白質纖維的 3D 結構。 對活體纖維跟蹤尚缺乏金標準。事實上，DTI是活體顯示神經纖維束軌跡的唯一方法。因為組織標本在進行解剖、冷凍、脫水、固定、切片和溶解等處理過程中，其微觀結構必然發生變化，進而產生幾何變形，應用組織學方法在體外驗證活體跟蹤結果有很大難度。同時，彌散加權成像因電渦流引起的配準不良、被檢查者運動引起的偽影和磁敏感性所致的信號丟失等均可影響計算結果，產生不利影響。盡管其中許多問題已經得到改善，但是仍然存在較大的局限性。
部分容積效應也是影響跟蹤結果可靠性的重要因素。由于用于纖維跟蹤的彌散張量是體素平均值。在纖維方向一致的各向異性組織中，利用最大本征向量可以對微觀纖維方向進行準確地估計。但纖維分布方向不一致時，我們所測到的MR信號以一個復雜的方式取決于組織的構筑。最大本征向量僅與體素內平均纖維方向相一致。如果體素內含有彎曲的纖維束，可通過減小體素加以改善。如果體素內含有兩種或兩種以上的組分，如犬牙交錯的不同纖維組分，通過減小體素也無法解決該問題。當不同纖維束在同一體素內交叉、緊貼、分支或融合時，根據張量域計算出的纖維束軌跡將不能反映纖維束的真實軌跡。這一問題可以通過使用高角度分辨率(angular resolution)和高b值彌散梯度采樣方案得到部分解決。
噪(zao)聲(sheng)也可對(dui)纖(xian)維跟蹤產生不(bu)利影響。首先，它可引(yin)起(qi)(qi)對(dui)本(ben)征(zheng)向量錯誤地(di)分類，可導致計算的(de)(de)(de)軌跡(ji)突然發生90度偏離，從而引(yin)起(qi)(qi)軌跡(ji)跳躍到(dao)另一條纖(xian)維束(shu)上。即(ji)使在本(ben)征(zheng)向量分類正確的(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)，數據(ju)中(zhong)的(de)(de)(de)噪(zao)聲(sheng)也可以引(yin)起(qi)(qi)本(ben)征(zheng)向量分布(bu)的(de)(de)(de)發散，導致跟蹤結果偏離真(zhen)實軌跡(ji)。而且(qie)，由(you)于噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)(de)影響，即(ji)使在同(tong)樣條件下(xia)獲得的(de)(de)(de)MRI數據(ju)也無法產生完全相同(tong)的(de)(de)(de)軌跡(ji)。
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