大脑工作群星闪耀-人类的群星闪耀时

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1、大脑工作群星闪耀I人类的群星闪耀时原先被认为无用的细胞居然也能如神经元一样在刺激下做出反应让大脑闪耀如同星河。“胶质细胞”就是大脑里的海绵。科学家认为它们作为填充物支撑着我们的大脑。麻省理工学院的舒默尔斯和中国留美学者俞洪波等人研究发现胶质细胞同样参与了大脑的工作。这一结果可能让我们得以重新认识生物体最神秘的器官。一个脑包含数千亿个神经元还有更多的胶质细胞填充其间。“可以想象如果我们能身临其境处身于兴奋的脑中那将会是电光闪烁此起彼伏密如织网。”俞洪波解释说。如果你是美剧《豪斯医生》的粉丝那你一定不会对“fMRI”感到陌生。它就是“脑功能核磁共振”。它一直是科学家探索大脑功能的

2、工具。它让研究者直接进入“脑的丛林”。研究人员如孙悟空一样缩小身形进入铁扇公主的颅腔置身于脑细胞的丛林中观察这些细胞。“了解了每个神经元的电活动就能破解脑的秘密。”可是fMRI也有缺点。它的信号来源是模糊的多年来科研人员不知道脑的活动是如何引起fMRI信号的因此对fMRI结果的解释也是格外小心；同时fMRI检测非常粗放它的空间分辨率在毫米级别而在1毫米见方的脑皮层内有几十万神经元人们无从得知具体的单个神经元的信息。记录单个神经元的电活动传统办法是在脑中插入极其细小的电极可是一根电极最多只能记录几个细胞工作起来如同大海捞针。第4页共5页20—年俞洪波所在的麻省理工学院建立的新系

3、统解决了这个问题。这一系统的核心是双光子激光成像。“分辨率可以小于1微米比头发直径小百倍。”研究人员用多种荧光染料标记大脑如果荧光分子遍布细胞全体研究人员就可以看到脑内细胞的全态。如果染料是与脑活动相关的比如说神经元产生动作电位后细胞内的钙离子浓度会大幅升高采用特殊的钙离子染料钙浓度增加荧光就增强；钙浓度降低荧光就减弱。这样就可以检测细胞的反应强度。星型胶质细胞的功能区和神经元的完全匹配这样的精确有何意义？MIT教授聊起了以前的一个猜想胶质细胞可能与血流相关。研究人员立即联想到在实验中所观察到的一个有趣现象：星型胶质细胞只在一个非常特定的麻醉水平以下才反应而这个水平与多年来在

4、进行血流相关的脑功能成像中总结出的“魔术阈值”完全一致。“星型胶质细胞反应时脑功能成像的血流信号也强烈反之亦然。”此后研究人员又通过实验证实了这一猜想：神经元精准的功能区与星型胶质细胞的功能区匹配由星型胶质细胞来控制局部血管的扩张以精准控制局部血流的变化从而为包括fMRI在内的脑功能成像提供信号来源。即使神经元反应正常只要星型胶质细胞不反应脑功能成像信号几乎完全消失。人们知道脑血流和功能相关可不知道具体是如何实现的。比如脑的功能反应增强一倍脑血流是否也线性增强这涉及到对成像研究的基本解释。过去多年来有很多解释可矛盾重重。而星型胶第4页共5页质细胞的发现则解开了脑功能成像的秘密

5、此时距离脑功能成像被广泛应用已经十多年。对此德国马普研究所的两位科学家在同期《科学》上发表的专题评论文章说：“单个星型胶质细胞独特的反应模式完全挑战了过去的学术观点。”当研究人员给实验动物看反复变化的图形时细胞群的闪耀模式也随之变化：一会儿如同转动的风车一会儿则是忽闪而过的薄云。看到这样的情景研究人员很兴奋。但进一步仔细观察后却发现有一些闪烁明显“慢一拍”。“这是以前没见到的。”为了给这些慢一拍的细胞验明身份研究人员在下一次实验中加入了另一种染料来标记星型胶质细胞以便将它们从录像中剔除只留下研究对象神经元更好地进行观察。“我们错了！”当天深夜他们发现这些“慢一拍”的都是星型胶

6、质细胞。第二次第三次研究人员变换各种指标结论还是一样。星型胶质细胞一直在进行反应。发现“慢一拍”的星型胶质细胞后研究人员对星型胶质细胞进行了测试以比对原先被认为是神经元特有的一系列特性。实验结果表明这些特性星型胶质细胞也都有甚至更强烈。”如神经元一样具有相同特性的星型胶质聚集在一起形成非常严格的功能区。”他们得出结论星型胶质细胞的功能区和神经元的完全匹配即使在完全不同功能区的边界也分毫不差。一个医学研究的新方向就此打开《科学美国人》指出：“当星型胶质细胞反应异常时它们将可能引发一系列神经疾病”。第4页共5页在胶质细胞的研究中我国科学家走在了世界的前列。中科院脑科学研究所的段树

7、民院士20_年发表在《科学》杂志上的论文表明了另一类胶质细胞NG2胶质细胞具有学习和记忆相关的反应特性轰动了当时的学术界。“虽然我们的研究基本理念相通但我们对胶质细胞的功能要重新评估。”俞洪波强调。比如以前对脑功能基本的研究多集中于神经元的异常比如癫痫症就被认为是神经元的过度兴奋而造成的大片脑区反应异常。但是当星型胶质细胞的新功能被发现后这一看法就可能有了新的视角：它们是否和胶质细胞异常相关？俞洪波指出在有的老年痴呆症模型中已经发现病患的功能性血流变化非常微弱可是神经元反应的异化并不明显。这强烈地提示星