最近，南加州大學(xué)（USC）的科學(xué)家們，繪制了小鼠大腦的一個(gè)未知部分，可解釋亨廷頓氏中和自閉癥這類疾病中可能發(fā)生了哪些電路中斷。

本文通訊作者、南加州大學(xué)Mark and Mary Stevens神經(jīng)影像和信息學(xué)研究所的神經(jīng)學(xué)副教授董宏偉（音譯，Hong-Wei Dong）和他的同事們，在過(guò)去的十年里一直都在繪制小鼠大腦的路線圖。他們最近的研究結(jié)果發(fā)表在6月20日的《Nature Neuroscience》雜志，研究了負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的那部分大腦（即背側(cè)紋狀體——它位于大腦的前部附近）的連接。

科學(xué)家向大約150只小鼠大腦結(jié)構(gòu)中注入了熒光分子，并用高分辨率顯微鏡，在這些分子穿過(guò)大腦“細(xì)胞高速公路”的時(shí)候記錄它們，“細(xì)胞高速公路”需要處于最佳狀態(tài)，才能使大腦的不同部分進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)行為。在以前未測(cè)量的背側(cè)紋狀體中，南加州大學(xué)研究人員確定了29個(gè)不同的區(qū)域，負(fù)責(zé)諸如眼球運(yùn)動(dòng)、口腔和面部動(dòng)作以及疼痛信息處理這些事情。它們還位于協(xié)調(diào)復(fù)雜肢體動(dòng)作的樞紐。

董宏偉博士說(shuō)，帕金森癥、強(qiáng)迫癥、注意力缺陷多動(dòng)障礙和許多其他運(yùn)動(dòng)障礙，都涉及到這部分大腦區(qū)域的連接。董博士實(shí)驗(yàn)室的研究人員，自始至終以同樣的方式跟蹤電路路徑，可能會(huì)慢慢地解開這些謎團(tuán)。

董博士說(shuō)：“這項(xiàng)研究讓研究人員進(jìn)入到了下一個(gè)水平，幫助他們了解大腦電路是如何被中斷的。以前，背側(cè)紋狀體是一個(gè)巨大的事情。就如同告訴別人來(lái)加州拜訪你，他們應(yīng)該怎么走？我們實(shí)際上是把范圍縮了——我住在北好萊塢這個(gè)公寓。在未來(lái)，這將幫助人們真正了解某些特定疾病的通路。”

亨廷頓氏舞蹈癥的早期癥狀，包括眼球運(yùn)動(dòng)減緩或異常和口吃。董博士說(shuō)，大多數(shù)病人經(jīng)歷了抑郁，并有精神問(wèn)題，例如不合群和失眠。他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)把背側(cè)紋狀體進(jìn)行了細(xì)分，所以科學(xué)家們可以更好地預(yù)測(cè)這個(gè)大腦結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題區(qū)域，并將研究焦點(diǎn)集中在那里。

董博士說(shuō)：“當(dāng)然，人類和小鼠是不同的，但他們都是哺乳動(dòng)物。最大的差異在于高級(jí)認(rèn)知。所以我們可以使用小鼠大腦的組織，來(lái)理解人類的大腦是如何組織的。”

畢竟，大多數(shù)科學(xué)研究都始于小鼠的水平。理解小鼠大腦是至關(guān)重要的，并將可能促使開發(fā)新的藥物和醫(yī)學(xué)療法。

進(jìn)一步闡述基本的大腦圖譜

大腦皮層是大腦的CEO；它通過(guò)與大腦結(jié)構(gòu)（如背側(cè)紋狀體，被分成四個(gè)區(qū)域）的連接，調(diào)節(jié)著更高層次的功能，如運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和注意力。現(xiàn)在，南加州大學(xué)研究人員說(shuō)，他們首次繪制了最全面的背側(cè)紋狀體和大腦皮層之間的關(guān)系圖。

本文第一作者、USC Keck醫(yī)學(xué)院神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)室的助理教授Houri Hintiryan指出：“如果你有一個(gè)大的結(jié)構(gòu)，你很難知道哪部分是問(wèn)題區(qū)域。這項(xiàng)研究顯示，這個(gè)大腦區(qū)域有29這個(gè)不同部分接受來(lái)自大腦皮層的信息。我們?yōu)閷で罄斫獯竽X的哪一部分做了什么，提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。”

董博士說(shuō)，大數(shù)據(jù)項(xiàng)目在小鼠連接組項(xiàng)目中是公開可用的，將有助于精密醫(yī)學(xué)的飛躍。他的研究團(tuán)隊(duì)接下來(lái)將繪制海馬體——情感、記憶和自主神經(jīng)系統(tǒng)的中心。這個(gè)區(qū)域的詳細(xì)圖譜，可能會(huì)讓阿爾茨海默病的研究更進(jìn)一步。

董博士說(shuō)：“根據(jù)我們的大腦圖譜，研究人員可以尋找電路特異性的藥物。現(xiàn)在我們提供了一個(gè)非常清晰的圖譜，來(lái)幫助人們進(jìn)行干細(xì)胞研究。他們知道將干細(xì)胞準(zhǔn)確地放在哪里。”

董博士選擇繪制小鼠大腦圖譜，這樣他的實(shí)驗(yàn)室就可以檢測(cè)單個(gè)神經(jīng)元和軸突，鄰近神經(jīng)元的門戶。相比之下，人類的大腦看起來(lái)模糊，如果科學(xué)家得放大細(xì)節(jié)才能繪制它們的圖譜。

許多南加州大學(xué)的科學(xué)家使用大數(shù)據(jù)，來(lái)找到棘手問(wèn)題的答案，如阿爾茨海默氏癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙。事實(shí)上，南加州大學(xué)擁有Enhancing Neuro Imaging Genetics Through Meta Analysis (ENIGMA)網(wǎng)絡(luò)，全球190個(gè)機(jī)構(gòu)的合作。ENIGMA是世界上最大的腦成像項(xiàng)目。

在2014年，董宏偉博士帶領(lǐng)的研究小組，在《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一項(xiàng)新研究中，繪制出了一張小鼠全腦圖譜，揭示了大腦皮質(zhì)中數(shù)百條神經(jīng)元通路。這一在線開放獲取的交互式圖像數(shù)據(jù)庫(kù)：小鼠連接組項(xiàng)目（Human Connectome Project），為有興趣研究整個(gè)大腦皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和功能的研究人員提供了一個(gè)寶貴的資源。