美國神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的革命性方法，以獲得小鼠的全腦神經(jīng)元連接圖。相關(guān)研究成果刊載于10月23日《公共科學(xué)圖書館·生物學(xué)》雜志上。
該研究小組由冷泉港實(shí)驗(yàn)室安東尼·扎多教授領(lǐng)導(dǎo)，旨在提供一個完整的神經(jīng)元連接圖。目前獲取此種高精度信息的唯一方法，是利用電子顯微鏡檢查單個細(xì)胞間的突觸。但這是一種速度慢、價格貴和勞動密集型的方法。扎多提出的方法是，利用高通DNA（脫氧核糖核酸）測序，以單個神經(jīng)元的解析度來探求神經(jīng)回路的連接。
之前，美國科研團(tuán)隊(duì)在哺乳動物的大腦映射連接上已取得一些進(jìn)展。他們利用注射示蹤染料或病毒的方法，以“中等”分辨率追蹤腦區(qū)的神經(jīng)纖維來描繪神經(jīng)元連接圖。其他研究小組則是基于用電子顯微鏡按比例放大的方法。
扎多表示，他們將以目前現(xiàn)有的高通量基因組測序儀可讀的數(shù)據(jù)格式，來呈現(xiàn)神經(jīng)元的連接。為此，他們開發(fā)了一種被稱為“單個神經(jīng)元連接條形碼”（BOINC）的新工藝。
扎多團(tuán)隊(duì)旨在以超越“中等”的精度，即以一對獨(dú)立神經(jīng)元間的突觸級別來追蹤大腦中的神經(jīng)連接。扎多表示，正在接受概念論證測試的BOINC條形碼技術(shù)，可直接觀察到神經(jīng)回路進(jìn)行的計(jì)算。實(shí)際上，目前大多數(shù)神經(jīng)計(jì)算還無法在這樣的精度上被理解，主要是因?yàn)闊o法在哺乳動物身上獲得詳盡的回路信息。
BOINC方法由三個步驟組成。首先，每個神經(jīng)元都用特定的DNA條形碼標(biāo)定。僅包含20余個隨機(jī)DNA“字母”的一個條形碼，就可標(biāo)定一萬億個神經(jīng)元，這個數(shù)字已超過了小鼠大腦中存在的神經(jīng)元數(shù)量。第二步著眼于由突觸連接的神經(jīng)元，并將其條形碼與另一個聯(lián)系起來。做到這一點(diǎn)的方法之一是利用一種病毒，如偽狂犬病病毒，它能跨越突觸移動遺傳物質(zhì)。為了共享跨突觸的條形碼，病毒必須被設(shè)計(jì)成在其基因序列中攜帶這個條形碼。病毒跨突觸擴(kuò)散后，每個神經(jīng)元以條形碼包的形式有效終結(jié)，這個條形碼包中包含有自身以及來自突觸耦合伙伴的代碼。第三步則是將突觸連接神經(jīng)元的條形碼連起來，形成一個單獨(dú)的DNA片段，然后用現(xiàn)有的高通量DNA測序方法讀取。這些雙條形碼序列經(jīng)計(jì)算分析，就可顯示出大腦突觸接線圖。
扎多表示，如果BOINC目前正在進(jìn)行的概念論證測試能獲得成功，其將提供一個顯著廉價和快速的方法來組裝神經(jīng)元連接體，甚至是哺乳動物復(fù)雜的大腦。（新華網(wǎng)）