我們的大腦中有著不同類型的神經(jīng)元，每種神經(jīng)元都擁有自身的遺傳標(biāo)簽，這些標(biāo)簽定義了它們的功能。神經(jīng)元都起源于祖細(xì)胞——這些特化的干細(xì)胞具有分裂生成神經(jīng)元的能力。

現(xiàn)在，來自瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家們闡明了祖細(xì)胞能夠生成神經(jīng)元的機(jī)制。通過開發(fā)出一種叫做FlashTag的新技術(shù)，研究人員在神經(jīng)元生成的那一特殊時刻分離并顯影了它們，并破譯出了使得能夠構(gòu)建出神經(jīng)元的基礎(chǔ)遺傳密碼。

發(fā)表在3月3日《科學(xué)》（Science）雜志上的這一研究發(fā)現(xiàn)，不僅讓研究人員了解了我們大腦的發(fā)育機(jī)制，還知道了如何利用這一遺傳密碼讓干細(xì)胞重建出神經(jīng)元?，F(xiàn)在研究人員將可以更好地了解自閉癥和神經(jīng)分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在機(jī)制。

在瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)系神經(jīng)科學(xué)家Denis Jabaudon的領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員開發(fā)出了一種叫做FlashTag的技術(shù)在神經(jīng)元生成的那一刻顯像它們。利用這種方法，在祖細(xì)胞分裂的那一刻，它被標(biāo)記上了一種持續(xù)存在于后代細(xì)胞中的熒光標(biāo)記物?？茖W(xué)家們隨后可以顯像及分離新生神經(jīng)元，動態(tài)地觀測在它們產(chǎn)生的頭幾個小時內(nèi)表達(dá)的基因。隨著時間的推移，研究人員可以研究它們的進(jìn)化和基因表達(dá)改變。

“以往，我們只能獲得幾張照片來重建神經(jīng)元的歷史，留下了很大的空間自己去進(jìn)行推測。多虧有了FlashTag，現(xiàn)在完整的遺傳電影展現(xiàn)在我們的眼前。從一開始每一個瞬間都可以看見，讓我們能夠了解發(fā)育的狀況，鑒別出主要特征，它們的互作及激勵機(jī)制，”Denis Jabaudon說。對小鼠大腦皮層展開研究，科學(xué)家們揭示出了指示了神經(jīng)元分化事件的順序，引導(dǎo)新生神經(jīng)元走向最終細(xì)胞命運(yùn)的早期轉(zhuǎn)錄波，鑒別出了神經(jīng)元發(fā)育的關(guān)鍵基因，證實了它們的表達(dá)動態(tài)對于大腦正常發(fā)育至關(guān)重要。

非常精確的原始編舞

通過接入神經(jīng)元形成的原始密碼，這一研究發(fā)現(xiàn)有助于我們了解神經(jīng)元在成人大腦中發(fā)揮功能的機(jī)制。似乎其中的一些原始基因也與神經(jīng)發(fā)育和許多年后發(fā)生的神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。這表明在神經(jīng)元生成的那一刻可能就存在一種傾向，之后一些環(huán)境因子可影響后來疾病的發(fā)生。通過了解神經(jīng)元的遺傳編舞，研究人員能夠從一開始就觀察到這些基因的表現(xiàn)，鑒別出預(yù)測疾病的潛在異常現(xiàn)象。

在成功讀取這一遺傳密碼后，科學(xué)家們就能夠在新生神經(jīng)元中改寫它。通過改變某些基因的表達(dá)，他們能夠加速神經(jīng)元生長，由此改變發(fā)育腳本。有了FlashTag，現(xiàn)在分離出新生神經(jīng)元，在體外重建大腦回路變?yōu)榱丝赡?，這使得科學(xué)家們能夠測試它們的功能及開發(fā)出一些新療法。

開發(fā)出強(qiáng)大的神經(jīng)學(xué)研究工具對于大腦研究具有重要的意義。在同一日的Cell雜志上，來自哥倫比亞大學(xué)的研究人員兩篇文章向人們展示了一種能夠全面鑒定神經(jīng)元類型的新方法。這種方法將幫助人們定量分析大腦所有區(qū)域的神經(jīng)元多樣性。

2015年11月，斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊日前在Science雜志上發(fā)表了一項技術(shù)突破。他們開發(fā)的工具能在清醒的活體動物中成像單個神經(jīng)元的電活性，使人們對神經(jīng)元活動的理解達(dá)到前所未有的深度。

2014年10月，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員構(gòu)建出了一種新型帶有熒光染料的細(xì)胞，這種染料能對特殊的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)作出應(yīng)答，改變顏色。研究人員將這些細(xì)胞移植到活體哺乳動物大腦中，從而能觀察到通過食物獎勵學(xué)習(xí)過程中，神經(jīng)信號是如何改變的。這一研究成果公布在Nature Methods 雜志上。