美國(guó)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(gè)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(gè)細(xì)胞間的突觸。但這是一種速度慢、價(jià)格貴和勞動(dòng)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(cè)序，以單個(gè)神經(jīng)元的解析度來(lái)探求神經(jīng)回路的連接。
之前，美國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在哺乳動(dòng)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(lái)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(cè)序儀可讀的數(shù)據(jù)格式，來(lái)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(gè)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(duì)獨(dú)立神經(jīng)元間的突觸級(jí)別來(lái)追蹤大腦中的神經(jīng)連接。扎多表示，正在接受概念論證測(cè)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(wú)法在這樣的精度上被理解，主要是因?yàn)闊o(wú)法在哺乳動(dòng)物身上獲得詳盡的回路信息。
BOINC方法由三個(gè)步驟組成。首先，每個(gè)神經(jīng)元都用特定的DNA條形碼標(biāo)定。僅包含20余個(gè)隨機(jī)DNA“字母”的一個(gè)條形碼，就可標(biāo)定一萬(wàn)億個(gè)神經(jīng)元，這個(gè)數(shù)字已超過(guò)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(gè)聯(lián)系起來(lái)。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(dòng)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(gè)條形碼。病毒跨突觸擴(kuò)散后，每個(gè)神經(jīng)元以條形碼包的形式有效終結(jié)，這個(gè)條形碼包中包含有自身以及來(lái)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(lái)，形成一個(gè)單獨(dú)的DNA片段，然后用現(xiàn)有的高通量DNA測(cè)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(cè)試能獲得成功，其將提供一個(gè)顯著廉價(jià)和快速的方法來(lái)組裝神經(jīng)元連接體，甚至是哺乳動(dòng)物復(fù)雜的大腦。（新華網(wǎng)）