Science：迄今為止最詳細的大腦連接圖

　　一項最新研究揭示了將近2000個成體小鼠視覺皮層神經元的形態和電生理特征，同時也描述了超過11000對細胞間連接。這是迄今為止最為詳盡的大腦連接圖譜，相關成果公布在11月26日的Science雜志上，從中科學家們了解了大量新型神經細胞類型，以及目前尚未弄輕蹙的本地連接模式。

　　“我十分想知道這些作者做了些什么？”來自弗吉尼亞Krasnow先進科學研究所的Giorgio Ascoli（未參與該項研究）表示，“這里每個實驗數據和分析內容都是令人印象深刻的杰作。”

　　來自洛杉磯神經影像實驗室的主任 Arthur Toga（未參與該項研究）也表示，“這項研究的工作量令人驚嘆，他們采用了一種非常詳細，通常用于小樣本的分析方法，進行大規模篩查。”

　　小鼠大腦皮層，也就是大腦的外層部分涉及參與了很多高級大腦功能，如感官知覺、有意識的思維、語言和推理等。為了能確定這些復雜功能從何而來，研究人員必須首先了解這一組織中的神經，包括它們的特征和連接。

　　皮層中有兩種主要的神經類型：興奮性神經元（錐體細胞）和抑制性中間神經元，其中雖然錐體細胞發現已久，已經進行了許多研究，但中間神經元卻存在極其繁多的不同形態，相互之間也沒有什么共同點，更不要說它們之間的連接了。

　　研究中間神經元的困難之處在于從整個青春期到成年的過程中，它們不斷的在發育。而且一般來說，電生理分析技術用于幼體腦組織標本研究中，這是由于這種組織比較于成體樣品組織更加容易操控和可恢復。

　　來自貝勒醫學院的Andreas Tolias和他的同事接受了這個挑戰，“我知道別人一直在談論這件事，但我下定了決心。雖然這是一份大量的工作，但這也能做完。”

　　首先研究人員優化了已有關于成體腦組織樣品切片和準備的實驗操作過程，確保記錄真實可靠的電生理數據。然后按下電位記錄同時檢測每個大腦切片中8個細胞，這種技術也就是八倍全細胞記錄（octuple whole-cell recording，生物通譯），“這相對困難”來自西雅圖Allen腦科學研究所的Hongkui Zeng （未參與該項研究）表示，“世界上只有少數一些科學家能做到。”

　　這種八倍記錄方式不僅能幫助研究人員分析每個細胞的電生理行為，而且也能弄清楚這些細胞是否與鄰近的細胞相互交流，以及如何交流的。

　　最后研究組將中間神經元染色，揭示這些神經元的分枝軸突和樹突形態，為了了解這些細胞的形態，文章第一作者江小龍花費了許多許多的時間，在顯微鏡下進行手工操作。

　　根據這些細胞的單個特征和電生理性質，研究人員發現了15個不同的中間神經元類型，其中許多都是之前未曾發現的。

　　研究人員繼續分析了這些細胞與其它細胞的連接，結果發現這些中間神經元可以分成三個主要連接亞群，第一個也就是“主要調控子”，與其它所有類型的中間神經元或興奮性神經元 (錐體細胞) 連接；第二組被稱為“錐體神經元-靶向中間神經元（PTIs）”，能與錐體細胞，以及同一家族的其它中間神經元連接——“他們就像兄弟，并且不與表兄弟聯系，”Ascoli比喻道。

　　第三組“中間神經元-選擇性中間神經元（ISIs）”，只與其它類型中間神經元相互連接——“只與表兄弟聯系，不與親兄弟聯系”。這三種連接方式能解釋這一發現中的幾乎所有數據。

　　雖然還可能存在其它連接類型的中間神經元，但是這一發現“提出了一個框架，為不同實驗和不同類型的觀察分析提供了非常有用的幫助。”

　　比如說，科學家們認為神經環路連結異常也許是一些精神疾病的根本原因。因此Zeng表示，“這篇論文為我們提出了一個比較疾病環路和正常環路，分析其異常的起點方向。”