点亮绚丽的“脑彩虹”

点亮绚丽的“脑彩虹”

但是在脑科学研究领域，要想把数量庞大、错综复杂的神经细胞彼此区分开，还必须更新技术。不仅如此，神经细胞之间的联系更是错综复杂。每个细胞就好像一座立交桥，可以把自己的信号传到成千个细胞，同时也可以接受成千个细胞的信号输入。如果我们的技术只停留于看到一团神经细胞而分不清它们谁是谁，我们怎么研究这样复杂的大脑呢？恐怕连盲人摸象的水平都达不到。脑彩虹技术解决了区分单个神经细胞的方法，使不同的神经元呈现不同的颜色。但这是如何实现的呢？我们现有的荧光蛋白种类虽然已经很多了，但仍然是有限的，不可能做到每种神经元都携带一种颜色的水平啊！但是我如果问你，你画出的画有很多种颜色，你是否也需要成千上万种颜料呢？你会觉得我很傻，因为颜色是可以调的，只要有几种基础颜色，这个色多一点，那个色少一点，就可以配出五彩缤纷的色彩。同样，我们的科学家也利用了这样的思路，他们让小鼠的每个神经细胞同时拥有红、绿、黄、蓝、青等几种荧光蛋白，通过调控各自的比例，就可以产生特定的色彩。怎样控制这种神经三原色的比例呢？在此就需要运用转基因的手段了。为达到这一目的，科学家们下了一局很大的棋。他们在神经系统发育的早期，就利用Cre-Lox重组方法改造神经干细胞。干细胞每次增殖都会产生两个一模一样的姊妹细胞，它们的基因一样，颜色也是一样的。但是这两个姊妹细胞的子代基因会由于重组而和亲代有所不同，颜色也会由于重组中丢失不同的荧光蛋白而发生变化。最后，达到成熟的神经细胞会携带着不同的基因，也就具有了独特的红、黄、蓝荧光蛋白之比例，从而产生特定的颜色。

但是要拍出好看的照片，光有一张漂亮的脸还不够，相机本身也很重要。要不怎么会有“单反穷三代”这样的说法呢？无论是对有机小分子荧光探针的研究，还是对荧光蛋白的改进，都好像是把拍照的人变美。所谓“好马配好鞍”，检测荧光信号的荧光显微镜的研究怎么能落后呢？现如今，三光子激发、光子随机重构、光激活和光转换荧光蛋白、振镜扫描、高速摄像机等，都从成像原理上进行改进，有效地提高了显微镜的时间空间分辨率和观察深度。荧光蛋白和荧光显微镜的结合，完全是“你负责貌美如花，我负责赚钱养家”的节奏。现如今，高分辨率的核磁共振成像也加入到了荧光扫描的队列中。

最后，让我们来欣赏一些闪闪发光的神经元吧。它们在被“点亮”之前，没人知道它们在哪里，长什么样，又在做什么，整个大脑就像一片未知的混沌。如今，得益于荧光蛋白，大脑也开始撩起它神秘的面纱。

小鼠海马

小鼠背侧中缝核5-羟色胺神经元的全脑投射(https://www.daowen.com)

小鼠视网膜神经节细胞

闪闪发光的神经元（小鼠海马图片来源：Livet et al.，2007；小鼠背侧中缝核5-羟色胺神经元的全脑投射：周立摄；小鼠视网膜神经节细胞：王飞摄）

（审稿：胡谦　顾勇）

参考文献

Jacques R.2013.20 stunning photos of natural beauty that your human eyes could never see.http://www.huffingtonpost.com/2013/10/31/nikon-small-worldphotos_n_4182182.html，2013-10-31.

Livet J，Weissman T A，Kang H，et al.2007.Transgenic strategies for combinatonal expression of fluorescent proteins in the nervous system.Nature，450（7166）： 56-62.