美國神經(jīng)科學家團隊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。相關研究成果刊載于10月23日《公共科學圖書館·生物學》雜志上。
該研究小組由冷泉港實驗室安東尼·扎多教授領導，旨在提供一個完整的神經(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細胞間的突觸。但這是一種速度慢、價格貴和勞動密集型的方法。扎多提出的方法是，利用高通DNA（脫氧核糖核酸）測序，以單個神經(jīng)元的解析度來探求神經(jīng)回路的連接。
之前，美國科研團隊在哺乳動物的大腦映射連接上已取得一些進展。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序儀可讀的數(shù)據(jù)格式，來呈現(xiàn)神經(jīng)元的連接。為此，他們開發(fā)了一種被稱為“單個神經(jīng)元連接條形碼”（BOINC）的新工藝。
扎多團隊旨在以超越“中等”的精度，即以一對獨立神經(jīng)元間的突觸級別來追蹤大腦中的神經(jīng)連接。扎多表示，正在接受概念論證測試的BOINC條形碼技術，可直接觀察到神經(jīng)回路進行的計算。實際上，目前大多數(shù)神經(jīng)計算還無法在這樣的精度上被理解，主要是因為無法在哺乳動物身上獲得詳盡的回路信息。
BOINC方法由三個步驟組成。首先，每個神經(jīng)元都用特定的DNA條形碼標定。僅包含20余個隨機DNA“字母”的一個條形碼，就可標定一萬億個神經(jīng)元，這個數(shù)字已超過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聯(lián)系起來。做到這一點的方法之一是利用一種病毒，如偽狂犬病病毒，它能跨越突觸移動遺傳物質。為了共享跨突觸的條形碼，病毒必須被設計成在其基因序列中攜帶這個條形碼。病毒跨突觸擴散后，每個神經(jīng)元以條形碼包的形式有效終結，這個條形碼包中包含有自身以及來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，形成一個單獨的DNA片段，然后用現(xiàn)有的高通量DNA測序方法讀取。這些雙條形碼序列經(jīng)計算分析，就可顯示出大腦突觸接線圖。
扎多表示，如果BOINC目前正在進行的概念論證測試能獲得成功，其將提供一個顯著廉價和快速的方法來組裝神經(jīng)元連接體，甚至是哺乳動物復雜的大腦。（新華網(wǎng)）