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新技术绘制脑神经“布线图”

上一篇 / 下一篇  2011-04-15 10:39:33

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  英国研究人员开发出一种新技术,可助研究人员绘制出大脑神经连接的线路并弄清其主要功能,使揭开大脑之谜、开发出计算机大脑模型的梦想离现实又近了一步。相关论文发表在4月11日的《自然》杂志上。

  这项研究属于“神经连接组学”(connectomics),是神经科学领域近年来刚刚兴起的一个新兴学科。与基因组学要研究、绘制人体基因图谱类似,神经连接组学的基础是研究和绘制出大脑神经细胞连接(即突触)的图谱,类似于电脑等电子设备中的布线。科学家希望通过绘制出这些线路并弄清其发挥功能的方式,了解大脑产生认知、感觉以及思想的过程和机理,进而为阿尔茨海默病、精神分裂症以及中风等疾病的治疗提供帮助。

  然而,对于动物身上最为精密和负责的器官——大脑来说这绝非易事。据了解,在大脑中大约有1000亿个神经元,其中每一个又与数千个其他神经细胞相连,如果这么计算的话,大脑里至少有150万亿个突触。

  由伦敦大学学院(UCL)开发的这项技术,通过使用一种高分辨率的成像装置实现了这一目的,并绘制出了小鼠视觉皮层的部分神经连接的“布线图”。

  据负责该项研究的汤姆·马斯琪·弗洛格尔博士介绍,他们将注意力集中在了具有数千个神经元和数百万个不同连接的小鼠视觉皮层。通过一个相同的组织切片,研究人员首先利用高分辨率成像技术探测小鼠大脑视觉皮质中神经细胞对特定刺激的反应,然后在一个神经元上施加微电流刺激,并观察通过突触相连的其他神经的反应。如此反复,最终就可以追踪视觉皮质中神经细胞的功能及连接状态。除视觉皮层外,研究人员希望该技术还能帮助他们绘制出大脑中主管触觉、听觉以及运动系统的神经突触线路。

  弗洛格尔说:“我们即将揭开神秘复杂的大脑。一旦弄清了位于大脑中不同层次的神经突触的功能和连接方式,我们就能用计算机来对这一世界上最复杂最为精密的器官进行模拟。”但他同时也承认:“要实现这一目的还有大量的工作要做,科学家们为此连续工作若干年后可能才有突破,并且除此之外,一台速度超快运算能力超强的计算机也将是必不可少。”

  英国维康信托基金会(Wellcome Trust)神经系统科学及心理健康部负责人约翰·威廉斯说:“理解大脑内部工作原理是科学的终极目标之一。新研究为神经系统科学研究提供了一个重要工具,可以帮助科学家们在对大脑的研究中总揽全局并获得必要的指引。”


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