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顛覆認(rèn)知！Nature首度揭示大腦傳遞信息的真正邏輯

2018-05-15 來源：神經(jīng)科技  標(biāo)簽： 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護(hù)膚
摘要：為了了解在神經(jīng)元層面上的信息傳遞模式，研究人員們首先使用了一種叫做“全腦熒光軸突追蹤”的技術(shù)，給小鼠視覺皮層里的神經(jīng)元做上綠色熒光的標(biāo)記。然后，他們在顯微鏡下仔細(xì)地標(biāo)注出不同神經(jīng)元所映射的位置。

近日，一項重量級的研究刊登在了最新一期的《自然》雜志上：來自冷泉港實驗室與瑞士巴塞爾大學(xué)的團(tuán)隊通過對小鼠視覺皮層進(jìn)行單神經(jīng)元分析，揭示了一個令人意想不到的信息傳遞模式。這個模式表明，我們過去對于大腦處理信息的理解，其實是非常片面和不準(zhǔn)確的。

▲我們對于大腦的理解還停留在極為初步的階段（圖片來源：Pixabay）

在經(jīng)典大腦模型中，我們知道信息會在皮層之間逐層傳遞——從初級視覺皮層（V1）處獲得的信息，會往下進(jìn)入到功能更為特異的區(qū)域，幫助我們識別圖像。然而限于技術(shù)所限，盡管我們大致摸清了皮層與皮層間的關(guān)系，但“分辨率”一直沒有達(dá)到單細(xì)胞的精度。換句話說，在神經(jīng)元層面，我們依舊不知道這些信息是怎么傳遞的。

為了了解在神經(jīng)元層面上的信息傳遞模式，研究人員們首先使用了一種叫做“全腦熒光軸突追蹤”的技術(shù)，給小鼠視覺皮層里的神經(jīng)元做上綠色熒光的標(biāo)記。然后，他們在顯微鏡下仔細(xì)地標(biāo)注出不同神經(jīng)元所映射的位置。在三年的辛勤工作下，他們完成了這一壯舉，并意外地發(fā)現(xiàn)，小鼠初級視覺皮層里的神經(jīng)元映射極為多樣——單個神經(jīng)元里的信息，竟然可以傳遞到多個完全不同的區(qū)域。這顛覆了單個神經(jīng)元只能映射到單個區(qū)域的假設(shè)！

▲單個神經(jīng)元竟可以映射到多個不同的區(qū)域（圖片來源：ZadorLab,CSHL）

也許是結(jié)果太具有顛覆性，研究人員們又開發(fā)了一種全新的技術(shù)，想通過完全不同的實驗來進(jìn)行驗證。在第二項實驗中，研究人員們將成百上千個不同神經(jīng)元用RNA分子進(jìn)行了標(biāo)記。這些RNA的序列都是隨機(jī)的，就好像驗證碼一樣，具有唯一性。當(dāng)這些“RNA驗證碼”進(jìn)入到神經(jīng)元后，會順著軸突來到神經(jīng)元所映射的區(qū)域。隨后，研究人員們再使用高通量測序技術(shù)，對不同的大腦區(qū)域進(jìn)行分析。結(jié)果再次證明，初級視覺皮層里的大部分神經(jīng)元會映射到多個不同的區(qū)域，且映射到兩個區(qū)域、三個區(qū)域、或是四個區(qū)域的比例大致相等。

▲神經(jīng)元映射的多樣性讓人顛覆了固有的認(rèn)知（圖片來源：SainsburyWellcomeCentre）

“一般人們都認(rèn)為每個神經(jīng)元都只映射到一個皮層區(qū)域，這是由于我們對大腦的基本結(jié)構(gòu)缺乏認(rèn)知，”該研究的共同第一作者JustusM.Kebschull博士說道：“我們的研究結(jié)果與通常的認(rèn)知截然不同，有望會讓未來的實驗手段出現(xiàn)重大變化。”

毫無疑問，對于單神經(jīng)元映射的進(jìn)一步深度研究，將會改寫我們對大腦的認(rèn)識。動物的大腦遠(yuǎn)比我們想象中要復(fù)雜。未來，我們還需要更多研究，來理清大腦的結(jié)構(gòu)與功能。

▲韓蕓耘教授位列這項顛覆性研究的作者首席（圖片來源：華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院）

值得一提的是，該研究的共同第一作者之一，作者列表中的首席為華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的中組部“青年千人“計劃專家韓蕓耘教授。我們很高興看到華人學(xué)者的研究能為基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展起到重要推動作用，也期待未來能見證更多來自華人學(xué)者的學(xué)術(shù)進(jìn)展！

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