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【前沿】活人脑细胞首次被加入大脑数据库中

作者:伊文 来源:神经精神界 日期:2017-11-07
导读

         对于神经学家来说,新鲜的人类脑组织一直是非常稀缺的资源。现在,少量活体人脑组织的数据(通常是手术期间丢弃的)被加入到公开的数据库中,它可以帮助揭示认知是如何工作的。10月25日,位于西雅图的Allen脑科学研究所编绘了包括大型数据库和大脑图谱在内的一组神经科学研究工具,宣布他们已经从活人脑细胞中发布了他们的第一个数据。 大部分关于人类大脑的研究或者使用来自志愿者的大脑扫描图像,或者来自于尸体的大

关键字:  活人脑细胞 

        对于神经学家来说,新鲜的人类脑组织一直是非常稀缺的资源。现在,少量活体人脑组织的数据(通常是手术期间丢弃的)被加入到公开的数据库中,它可以帮助揭示认知是如何工作的。10月25日,位于西雅图的Allen脑科学研究所编绘了包括大型数据库和大脑图谱在内的一组神经科学研究工具,宣布他们已经从活人脑细胞中发布了他们的第一个数据。

        大部分关于人类大脑的研究或者使用来自志愿者的大脑扫描图像,或者来自于尸体的大脑组织切片。现在,添加到数据库中的图像和信息使研究人员能够分析单个活细胞,或神经元,以最终确定脑细胞行为的生物学基础。到目前为止,这个数据库中只包含关于小鼠大脑的信息。

        在上世纪70年代,科学家们开始利用手术中获得的人脑样本进行小规模研究,但是Allen研究所公布的大量人类大脑数据是目前为止最全面、最系统的,对于确定人类大脑的独特性是最重要的帮助。

        独特的人类

        在征得患者的同意后,西雅图地区的神经外科医生捐献了少量的大脑样本,原本他们也是会把这些样本丢弃的。这些样本是少量的大脑皮层,通常医生们需要剪掉它们才能到达大脑深处的病变组织。

        大脑皮层处理高级活动,包括深刻反省和抽象推理,而这都是人类特有的。Allen研究所的首席科学家Christof Koch说:“找出人类和小鼠大脑之间的详细区别将帮助我们理解,是什么使人类成为如此独特的物种。”

        首批的人大数据包括来自36位捐献者的300多种不同神经元的电信号特征,以及这些神经元的3D网状图形重建,以及模拟这些电信号行为的计算机模型,加上来自另外3个人的16000个单细胞的基因表达图谱。现在,全世界的科学家们现在都可以将这些数据与小鼠的数据进行比较,来提出关于人类大脑和小鼠大脑差异性的假说。

        阿姆斯特丹自由大学的神经科学家Huib Mansvelder说:“这个数据库对科学界来说是非常重要的贡献。” Mansvelder和他的同事发现,人类神经元的电容低于小鼠的,这使得人类神经元发出脉冲和传递信息更快,它们的形状也更加复杂。Allen研究所的工作把这一领域带到了全新的层次。

        活体组织的优越性

        来自捐献者的活体脑组织的体积大约相当于一块方糖,这与小鼠大脑的体积相当。这些组织被切成300至350微米厚度的切片,细胞活力可以维持三天。因此,科学家们有充裕的时间进行研究。相反,小鼠神经元常常只能存活几个小时。

        全世界只有少数研究中心有活体人脑组织,因为直到现在也很少有脑外科医生涉及这些研究。但是生物学研究工具的快速发展加强了人们从事这方面研究的动力。

        Allen研究所现在计划增加该数据库中人脑细胞数量以及从这些细胞中可获取的信息量。他们的目标是在数据库中包含全部的RNA图谱,以指明哪些基因在组织中是活跃的。下一阶段的工作是分析细胞之间的联系。然而,这项研究无法像对小鼠大脑研究那样全面,因为只能移除一小部分活体人脑组织,而科学家们可以对小鼠的整个大脑进行研究。

        细胞完整性

        关于人体组织还有另一个担忧。尽管这些为了移除肿瘤或治疗严重癫痫而获取的大脑细胞看似健康,但是它们的特征可能已经被周围的病理环境所改变。然而,Mansvelder已经将癌症患者和癫痫患者的大脑皮层组织进行了对比,发现它们非常相似。Allen研究所也对这些结果进行了确认。

        使用人类大脑皮层组织还有另外一个优势。在手术进行之前和之后,神经外科研究团队收集了大量关于患者大脑功能的信息。通过适当的匿名化,这些信息能够与细胞特性进行关联。在9月20至23日的欧洲神经科学协会联盟会议上,Mansvelder展示了一些数据,这些数据表明,IQ与细胞激动阈值相关,智商越高,激动阈值越低。

        Mansvelder和匈牙利赛格德大学神经科学先驱Gábor Tamás,以及来自瑞典和以色列的团队,将与Allen研究所合作,进一步开发人类大脑数据库,美国国家卫生研究所已于10月23日宣布提供1940万美元的资金支持。

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