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科学家研究绘出小鼠重要脑区的细胞图

       
大约一个世纪前,诺贝尔生理学或医学奖获得者沃尔特·赫斯用电刺激猫的下丘脑外侧部分,曾经观察到由刺激引起的掠食性攻击;

华盛顿11月2日电美国哈佛大学研究人员运用先进成像技术,首次绘制出小鼠下丘脑的细胞图,这将有助于进一步揭示脑细胞与生物行为之间的关联。

     
20世纪六七十年代,国外科学家研究发现,刺激多个不同的脑区都能够使动物表现出类似捕食的杀戮行为。

下丘脑是调节内脏活动和内分泌活动的高级神经中枢,与进食、睡眠、情绪反应和生育等有关。

       
捕食和逃跑这两个瞬间启动的行为,对动物而言事关生死存亡。那么,是大脑中的哪个部位在操控动物的捕食和逃跑?

发表在新一期美国《科学》杂志上的研究显示,哈佛大学凯瑟琳:杜拉克教授和庄小威教授等人“拍摄”并分析了小鼠下丘脑2毫米见方、0.6毫米厚的脑组织,其中包括超过100万个细胞,结果发现70多种不同类型的、多数此前还未知的神经细胞,并标定了细胞位置,确定了它们的一些功能。

  这个至关重要的“指挥部”,被北京生命科学研究所罗敏敏实验室率先找到。

“拍摄”除了使用庄小威团队开发的MERFISH成像技术外,还使用了单细胞RNA测序技术。

          经过上亿年的进化,终于形成捕食和逃跑本能,这也适合人类。

杜拉克说,这项工作帮助我们理解了一些生物行为的细胞基础,这种技术还可用于研究其他脑区。庄小威说,人们可以通过新绘制出的细胞图看到神经细胞彼此间的空间关系,还能发现细胞彼此间是如何交流的。

          要么捕食,当主人,要么逃跑,甘愿被领导。

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这种机制,反映在营销和品牌建设上,就是要么被同情,要么被拥戴。 

           被拥戴,就成了市场的领导者,也就是黄金单品。

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            罗敏敏实验室钟炜欣为《神经元》绘制的封面图。 

  从一个世纪前开始,科学家就尝试揭示捕食和逃跑行为的神经学机理,但一直没有结果。

       
 北京生命科学研究所罗敏敏实验室的发现,麻省理工学院教授凯·泰认为:“这些发现很有趣,对于我们理解攻击性行为以及对危险的适应性反应都有意义……这些激动人心的数据将引发人们的强烈兴趣,进一步研究脑是如何协调完成这些行为的。”

   
2月2日,神经科学领域顶级期刊《神经元》(《Neuron》)在线发表了罗敏敏实验室论文。据悉,该论文印刷版将于2月21日以封面文章形式正式出版。

       
 生命科学研究所研究员罗敏敏介绍说,鱼类、小鼠、猴子和人类的神经系统,都由中枢神经系统和外周神经系统组成,其中中枢神经系统通常指脑与脊髓,脑内物质主要包括胶质细胞、神经细胞等。神经细胞也称神经元,担负着“发号施令”、调控全身运动的重任。神经元由三部分构成:树突纤维、胞体和轴突纤维,树突纤维接收信号,胞体整合信号,轴突纤维输出信号。一个脑区的神经元胞体可以将其轴突纤维延伸至下一个脑区,产生神经投射——两个脑区由此相互连接,形成神经环路。

  揭开动物捕食和逃跑行为的神经学机理是生命科学领域的重要课题,但难度非常大。脑内的神经元数量动辄以千万计,如小鼠的脑内神经元大约在7000万个、人类约有860亿个;不同的脑区和细胞类型形成多个定点连接,导致研究特定行为的神经环路更加困难。 

  “电流刺激的方法局限性很大。”罗敏敏说,电流刺激会刺激所有脑区的所有神经元、神经末梢等,很难准确测定哪个脑区的哪些神经元在发挥作用。

  因此,科学家们苦苦寻找了一个多世纪,但依然不能准确定位控制捕食和逃跑的“指挥部”。

  经过多年的挫折之后,幸福从天而降

  2013年,罗敏敏实验室搭建起新的实验平台,采用新的研究方法,满怀希望地向这一神秘的“指挥部”进发。

  他们改变以往研究中一直使用已死动物作为猎物的做法,采用计算机操控、能自由移动的物体作为小鼠的捕食目标,以最大限度模拟自然状态下动物的捕食行为。在这个自行设计的实验平台上,他们开始尝试通过损毁不同脑区,看看能否找到能够降低动物捕食行为的关键脑区。

  令人沮丧的是,几年过去了,这项实验一直没有大的进展。

  2016年下半年,研究人员开始用活的蟋蟀作为小鼠的猎物。同时,他们利用光遗传学技术取代传统的微电流刺激,诱导出动物的捕食行为。

  据论文第一作者李毅博士介绍,神经元通过发放叫作“动作电位”的电脉冲来传递信息,如果要研究某个脑区神经元的功能,首先就要控制神经元动作电位的发放。通过使用光学技术和遗传学技术结合来实现控制细胞行为的光遗传学技术,在2006年由斯坦福大学的研究人员最先用于神经生物学实验研究。它的基本原理是:用病毒搭载的办法,把对光敏感的蛋白表达在神经元中,然后通过光纤向神经元照射激光,控制神经元动作电位的发放与否,从而达到激活或抑制神经元的目的。