凭借引进细菌、珊瑚与水母的基因,科学家们给实验鼠原本红色的大脑染上五颜六色,以期厘清神经脑细胞建立联络的主道与支线。这项被称为“脑虹”的新技术公布在11月1号的《自然》杂志上。它的发明者,哈佛大学的专家们认为,这将使科学家能够建立大脑神经网络的详尽图表,有助于对大脑工作方式进行深入研究。
在此之前,显示神经元细胞的技术最多只能使用两种颜色,这就是高尔基染色法。至今仍在使用的高尔基染色法由意大利医师于1876年创立并发展,该法每次都将全部神经元细胞涂以颜料,但结果是只能使很少一部分成功染色。
相比之下,“脑虹”技术可使研究者们一次就给几百神经元细胞成功染上90多种区别分明的颜色。应用遗传再结合技术,研究者们首先将色素基因与DNA打包并将其插入可孕育成老鼠的细胞基因组,随着细胞的分裂、老鼠胚胎的形成,这些色素基因也随之分裂生长。为激活这些色素基因,研究人员再将一种来自细菌的重组基因植入老鼠细胞。通过在老鼠的不同部位或不同发育阶段使用色素基因,科学家们就可以对不同类型的细胞涂上不同的颜色。
研究小组成员杰夫·利希曼解释称,“脑虹”技术“就像彩电显示器用红色、绿色与蓝色组合制造出各种颜色一样,存于神经元细胞内3种甚至更多的荧光蛋白质通过化合就可生成多种色彩。”不同的是,“脑虹”技术采用的是“青、红、黄”3种基因色素。红基因色素来源于珊瑚,而青色素与蓝色素则是由水母中的绿色荧光色素加工而成。染色后的切片图片看似一幅抽象画,既绚丽美观又颇具科研价值。研究小组透露,他们已使用该技术观测老鼠的神经系统,并观察到了一些有趣的且未被人发现过的神经元细胞分布模式。
较高尔基法而言,“脑虹”技术也存在一些缺点。被施以“脑虹”的老鼠大脑看起来仍和普通的一样,那些丰富的颜色必须在荧光显微镜下才会显现,这种显微镜非常昂贵,价值几十万美金,而高尔基法的染色切片使用普通显微镜即可观测;另一个局限性是,该技术只能应用于基因改造过的或转基因的动物,目前科学家们的选择只有老鼠,高尔基法却适用于任何动物,包括人类。
尽管有以上缺陷,但毕竟“脑虹”技术为神经细胞学家们展示了一幅更为完整的大脑图景。
一个多世纪以前,Ramón Y Cajal利用高尔基神经细胞染色打开了现代神经生物学的大门:通过对少量神经细胞进行染色,以前看不见的轴突和树突在其通过周围组织时就可以被看到。但高尔基染色只能以一种颜色标记少量细胞。现在,来自哈佛大学的一个小组开发出一种方法,该方法能够使一个脑回中的很多不同细胞同时被看到。这种被称为“Brainbow”的方法可用不同颜色对数百个神经细胞各自染色,从而生成一个详细的神经回路图。该技术不仅能推动在正常或病态脑中的测绘工作,而且还有可能应用到其他复杂细胞群中,如免疫系统中。本期封面所示为用“Brainbow”方法染色的小鼠海马体的一部分。齿状回(下部)的多颜色神经细胞在拱形的CA1区域的细胞下面,而大脑皮质的神经细胞可以看到在上面闪动。