據(jù)美國(guó)生活科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，預(yù)計(jì)在2011年將有9項(xiàng)重大的科學(xué)突破，其中一項(xiàng)就是大腦神經(jīng)元技術(shù)的突破。這些新的大腦神經(jīng)元技術(shù)能夠使我們更深入地了解大腦，最終促進(jìn)人類的大腦發(fā)育和智力開(kāi)發(fā)，并有助于一些患腦神經(jīng)元疾病患者身體的康復(fù)。
　　
　　可長(zhǎng)期觀察活體大腦神經(jīng)元的新技術(shù)
　　
　　人腦的重量雖然只占人體重的3%左右，但這個(gè)小小的器官卻是宇宙中最復(fù)雜和最神秘的東西。腦的基本構(gòu)成單位是神經(jīng)細(xì)胞(神經(jīng)元)和膠質(zhì)細(xì)胞。
　　20世紀(jì)90年代，人們開(kāi)始重視腦科學(xué)研究中整合性觀點(diǎn)的重要性。這樣，需要?jiǎng)?chuàng)建更多的腦神經(jīng)元研究技術(shù)，通過(guò)這些技術(shù)人們將不斷揭示新的神經(jīng)調(diào)制方式，更完整地認(rèn)識(shí)神經(jīng)系統(tǒng)如何控制其自身特性方式的多樣性。
　　要研究腦神經(jīng)元，必須長(zhǎng)期地觀察研究者感興趣的腦深部的活神經(jīng)元，要做到此點(diǎn)并不是容易的事。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡只能穿透腦組織的最外層，無(wú)法觀察任何深于700微米的大腦區(qū)域。采用磁共振掃描技術(shù)雖然能夠觀察到大腦的深部，但只能觀察較大區(qū)域的變化，而無(wú)法精確地考察單個(gè)細(xì)胞的情況。而且，采用這些方法無(wú)法觀察研究者感興趣的神經(jīng)元長(zhǎng)期的變化：今天實(shí)驗(yàn)觀察的神經(jīng)元，明天在觀察時(shí)就很難找到，即使找到了也可能被損壞或者被感染，這樣就無(wú)法達(dá)到研究的目的。
　　現(xiàn)在，美國(guó)斯坦福大學(xué)的科學(xué)家設(shè)計(jì)出了一種新方法，該方法不僅能使研究者觀察到大腦深處內(nèi)部的神經(jīng)元，而且還可幫助他們進(jìn)行長(zhǎng)期地、持續(xù)地觀察。他們?cè)诎资笾羞M(jìn)行了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：研究人員先將直徑大約半厘米的微小玻璃管插入一只麻醉白鼠的大腦深處，然后將玻璃管固定在顱骨上，腦與外部隔絕，可以防止腦受到感染。當(dāng)研究者想觀察植入點(diǎn)位置的細(xì)胞以及細(xì)胞的相互作用時(shí)，他們就將一種被稱為“微型內(nèi)窺鏡”的光學(xué)設(shè)備插入玻璃導(dǎo)管中。在導(dǎo)管的末端有一個(gè)玻璃窗口，通過(guò)這個(gè)窗口科學(xué)家能夠在幾個(gè)星期或者幾個(gè)月內(nèi)多次觀察同一個(gè)位置大腦神經(jīng)元精細(xì)分支的情況。
　　
　　可達(dá)大腦神經(jīng)元的納米電纜
　　
　　觀察大腦神經(jīng)元活動(dòng)最直接的方法是將鉑金屬做的電極直接插入神經(jīng)元，由于電極較粗，要插入一個(gè)神經(jīng)元也很困難，而且對(duì)神經(jīng)元是一種損傷，也無(wú)法達(dá)到同時(shí)觀察一組神經(jīng)元活動(dòng)的目的?？茖W(xué)家曾設(shè)想把許多納米電纜組成的陣列穿入人體血管，并借血管運(yùn)輸?shù)酱竽X。一旦納米電纜進(jìn)入人體大腦，他們就會(huì)分散為花束狀的分支，進(jìn)入大腦微血管，直到進(jìn)入指定的地點(diǎn)，記錄單個(gè)大腦神經(jīng)元或許多神經(jīng)元的集合電訊號(hào)?，F(xiàn)在科學(xué)家聲稱已經(jīng)有能力制造出比人類最微細(xì)的血管還細(xì)的納米電纜。這就意味著，科學(xué)家可以使納米電纜在人體血管中任意穿行，達(dá)到任何指定的地點(diǎn)，而不會(huì)阻礙血管中正常的血液、氧氣與營(yíng)養(yǎng)流動(dòng)。一個(gè)由美國(guó)和日本科學(xué)家組成的研究小組進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們把人發(fā)絲百分之一的鉑金屬納米電纜植入血管中并到達(dá)指定地點(diǎn)后，成功檢測(cè)到血管附近的神經(jīng)元活動(dòng)。
　　如果此項(xiàng)技術(shù)最終獲得成功，將對(duì)研究人類大腦的醫(yī)學(xué)家提供極大幫助，科學(xué)家可以更清楚地了解人類大腦神經(jīng)元之間的相互作用，而且這種方式對(duì)人體毫無(wú)害處。同時(shí)，它也可以發(fā)現(xiàn)大腦中受損或異常區(qū)域，這些納米電纜可以向這些細(xì)胞發(fā)出訊號(hào)，治療帕金森綜合癥等疾病。目前急需解決的問(wèn)題之一就是，如何使納米電纜準(zhǔn)確地從數(shù)千條微細(xì)血管中找到指定的路徑。其中一個(gè)解決的辦法就是使用新型的聚合材料來(lái)代替原有的納米電纜，這種聚合材料不但可以傳導(dǎo)電訊號(hào)，而且可以任意改變形狀，還可以做得更細(xì)更小，同時(shí)，它屬于可降解生物材料，十分適合短期人體植入。
　　
　　繪制大腦神經(jīng)連接的“布線圖”
　　
　　人類大腦是世間最復(fù)雜的實(shí)體，神經(jīng)元以及神經(jīng)元之間的突觸連接是大腦執(zhí)行功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，位于大腦不同部位的神經(jīng)元往往執(zhí)行不同的功能。為了研究大腦組織，研究人員迫切需要一個(gè)詳細(xì)的圖譜來(lái)指導(dǎo)研究?？茖W(xué)家希望通過(guò)繪制出這些線路，并弄清其發(fā)揮功能的方式，了解大腦產(chǎn)生認(rèn)知、感覺(jué)以及思想的過(guò)程和機(jī)理，進(jìn)而為阿爾茨海默病、精神分裂癥以及中風(fēng)等疾病的治療提供幫助，使揭開(kāi)大腦之謎、開(kāi)發(fā)出計(jì)算機(jī)大腦模型的夢(mèng)想離現(xiàn)實(shí)更近一步。但是，繪制突觸連接是一項(xiàng)非常復(fù)雜、艱巨和長(zhǎng)期的任務(wù)。
　　來(lái)自倫敦大學(xué)的研究人員研發(fā)了一種新型技術(shù)，通過(guò)使用一種高分辨率的成像裝置實(shí)現(xiàn)了這一目的，并繪制出了小鼠視覺(jué)皮層的部分神經(jīng)連接的“布線圖”。他們將注意力集中在了具有數(shù)千個(gè)神經(jīng)元和數(shù)百萬(wàn)個(gè)不同連接的小鼠視覺(jué)皮層。研究人員首先利用高分辨率成像技術(shù)探測(cè)小鼠大腦視覺(jué)皮質(zhì)中神經(jīng)細(xì)胞對(duì)特定刺激的反應(yīng)，然后在一個(gè)神經(jīng)元上施加微電流刺激，并觀察通過(guò)突觸相連的其他神經(jīng)的反應(yīng)。如此反復(fù)，最終就可以追蹤視覺(jué)皮質(zhì)中神經(jīng)細(xì)胞的功能及連接狀態(tài)。除視覺(jué)皮層外，研究人員希望該技術(shù)還能幫助他們繪制出大腦中主管觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的神經(jīng)突觸線路。一旦弄清了位于大腦中不同層次的神經(jīng)突觸的功能和連接方式，就能用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)這一世界上最復(fù)雜最為精密的器官進(jìn)行模擬，揭開(kāi)大腦的秘密。
　　
　　人造海馬
　　
　　記憶的重要性是人人皆知的，可以想象一下，如果一個(gè)人喪失了記憶，不知道自己是誰(shuí)，不認(rèn)識(shí)自己的親友，也不知道自己的過(guò)去，將是一件多么痛苦的事。這種境況并不罕見(jiàn)，除了因?yàn)榉N種原因造成大腦損傷引起記憶喪失外，最常出現(xiàn)的是老年癡呆癥。隨著世界人口平均壽命的逐年增加，全球人口趨于老齡化，老年癡呆癥的發(fā)病率也逐年上升。
　　現(xiàn)在，人類終于發(fā)現(xiàn)了大腦中掌管記憶的具體部位—海馬。海馬的損傷可以導(dǎo)致記憶喪失和老年癡呆癥。那么，制造一個(gè)“人造海馬”來(lái)代替人腦中的海馬不是一切都可以“OK”了嗎？科學(xué)家們正在從事此工作。美國(guó)南加州大學(xué)的貝格和他的研究小組幾乎花了10年的時(shí)間來(lái)研制這個(gè)“人造海馬”。他們首先創(chuàng)建了各種情況下海馬回如何反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，第二步是將該模型建成硅片，然后在實(shí)驗(yàn)室里把它植入大腦，測(cè)試它的功能?，F(xiàn)在，他們已經(jīng)研制出了人造海馬—一種能模擬控制記憶、情緒和知覺(jué)區(qū)的硅片。它將首先在小鼠大腦組織中進(jìn)行測(cè)試，如果這個(gè)初步檢測(cè)取得成功，貝格和同事打算再在猴子上進(jìn)行試驗(yàn)。如果一切順利，將通過(guò)某種方式給患中風(fēng)、癲癇或老年癡呆癥患者試用。如果該硅片能幫助海馬回受損者恢復(fù)貯存新記憶的能力，就可證明它是有效的，可以推廣到臨床應(yīng)用。
　　【責(zé)任編輯】蒲暉