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)運動學(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，在這些分子穿過大腦“細胞高速公路”的時候記錄它們，“細胞高速公路”需要處于最佳狀態(tài)，才能使大腦的不同部分進行溝通和協(xié)調(diào)行為。在以前未測量的背側(cè)紋狀體中，南加州大學(xué)研究人員確定了29個不同的區(qū)域，負(fù)責(zé)諸如眼球運動、口腔和面部動作以及疼痛信息處理這些事情。它們還位于協(xié)調(diào)復(fù)雜肢體動作的樞紐。

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

董博士說：“這項研究讓研究人員進入到了下一個水平，幫助他們了解大腦電路是如何被中斷的。以前，背側(cè)紋狀體是一個巨大的事情。就如同告訴別人來加州拜訪你，他們應(yīng)該怎么走？我們實際上是把范圍縮了——我住在北好萊塢這個公寓。在未來，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，包括眼球運動減緩或異常和口吃。董博士說，大多數(shù)病人經(jīng)歷了抑郁，并有精神問題，例如不合群和失眠。他的實驗室已經(jīng)把背側(cè)紋狀體進行了細分，所以科學(xué)家們可以更好地預(yù)測這個大腦結(jié)構(gòu)中的問題區(qū)域，并將研究焦點集中在那里。

董博士說：“當(dāng)然，人類和小鼠是不同的，但他們都是哺乳動物。最大的差異在于高級認(rèn)知。所以我們可以使用小鼠大腦的組織，來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。

進一步闡述基本的大腦圖譜

大腦皮層是大腦的CEO；它通過與大腦結(jié)構(gòu)（如背側(cè)紋狀體，被分成四個區(qū)域）的連接，調(diào)節(jié)著更高層次的功能，如運動學(xué)習(xí)和注意力?，F(xiàn)在，南加州大學(xué)研究人員說，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)影像實驗室的助理教授Houri Hintiryan指出：“如果你有一個大的結(jié)構(gòu)，你很難知道哪部分是問題區(qū)域。這項研究顯示，這個大腦區(qū)域有29這個不同部分接受來自大腦皮層的信息。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，大數(shù)據(jù)項目在小鼠連接組項目中是公開可用的，將有助于精密醫(yī)學(xué)的飛躍。他的研究團隊接下來將繪制海馬體——情感、記憶和自主神經(jīng)系統(tǒng)的中心。這個區(qū)域的詳細圖譜，可能會讓阿爾茨海默病的研究更進一步。

董博士說：“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)在我們提供了一個非常清晰的圖譜，來幫助人們進行干細胞研究。他們知道將干細胞準(zhǔn)確地放在哪里。”

董博士選擇繪制小鼠大腦圖譜，這樣他的實驗室就可以檢測單個神經(jīng)元和軸突，鄰近神經(jīng)元的門戶。相比之下，人類的大腦看起來模糊，如果科學(xué)家得放大細節(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)，來找到棘手問題的答案，如阿爾茨海默氏癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙。事實上，南加州大學(xué)擁有Enhancing Neuro Imaging Genetics Through Meta Analysis (ENIGMA)網(wǎng)絡(luò)，全球190個機構(gòu)的合作。ENIGMA是世界上最大的腦成像項目。

在2014年，董宏偉博士帶領(lǐng)的研究小組，在《細胞》（Cell）雜志上的一項新研究中，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：小鼠連接組項目（Human Connectome Project），為有興趣研究整個大腦皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和功能的研究人員提供了一個寶貴的資源。