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如何看穿我們的腦?

日本的RIKEN腦科學研究所,最近發明了一種被稱為"Scale"的水溶液(1);當他們把使用螢光蛋白標定後的神經組織泡在這溶液中,原本灰白色的組織會被轉為透明,但是標定的蛋白質的會被保存下來(2),於是成了下圖的模樣:

圖片來源:New York Times

由於腦組織經過這樣處理後,研究者可以把細微的結構看得非常清楚,包含哪個神經元跟哪(些)神經元有接觸,因此RIKEN研究所的宮脅淳教授對於他們的發明非常的興奮,希望能藉由這個溶液一步步地解開大腦的奧秘。

當然,以人腦的複雜度來說,如果一開始就以人腦來作為研究的材料,一方面材料不易取得,另一方面研究者可能也會馬上陷入五里霧中;因此他們打算要由小鼠開始,先建立起小鼠的腦神經元連結地圖(他們稱為"connectome"),接著再建立不同年齡(也就是不同的發育階段)的小鼠的腦神經元連結地圖;然後才會開始使用人腦。

在太平洋的另一端的美國,在2009年建立了由16個單位共同合作的’Human Connectome Project‘,計畫透過以MRI,MEG(Magnetoencephalography,腦磁圖,利用偵測大腦產生的電流所造成的磁場來記錄大腦活動的儀器(3))與EEG(Electroencephalography,腦電圖,記錄大腦產生的電波的儀器(4))等儀器掃瞄志願者的大腦,嘗試著建立起大腦中的腦神經元連結地圖;其中一位在哈佛大學的Lichtman教授對於RIKEN研究團隊的發明大感振奮。他認為這個溶液可以幫助研究者了解更多大腦的奧秘。

有意思的是,這個溶液其實一點也不貴。根據RIKEN研究團隊表示,Scale的成分就是尿素、甘油跟介面活性劑而已。但這個溶液只能使用在死的組織上,活的組織無法使用這個溶液;研究團隊盼望有一天能有個方法讓他們可以直接觀察活的組織,不過以目前來看,Scale已經是目前的首選了。

參考資料:

1. NY Times. Chemical cocktail turn brain’s gray matter transparent.
2. H. Hama, H. Kurokawa, H. Kawano, R. Ando, T. Shimogori, H. Noda, K. Fukami, A. Sakaue-Sawano & A. Miyawaki. 2011. Scale: a chemical approach for fluorescenceimaging and reconstruction of transparent mouse brain. Nature Neuroscience doi:10.1038/nn.2928
3. Wikipedia. 2011/10/10. Magnetoencephalography.
4. Wikipedia. 2011/10/12. Electroencephalography.

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