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前沿 | 他们为啥让老鼠看电影?

2016/09/10 来源:药明康德
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导读
大脑是人体内最复杂的器官,它是人体各种感觉的处理中心,也是人体各种活动的控制中心。在细胞层面上,脑包含了超过100亿个神经元,这些神经元之间通过多达100兆个神经突触传导电信号,形成了一个巨大而非常复杂的神经网络。迄今为止,科学家对于人脑的运作仍然只知皮毛,对于诸如记忆和情感这样的活动无法从细胞和分子层面进行全面的解释。


艾伦研究所科学家对鼠脑进行标记(图片来源:艾伦研究所)

大脑是人体内最复杂的器官,它是人体各种感觉的处理中心,也是人体各种活动的控制中心。在细胞层面上,脑包含了超过100亿个神经元,这些神经元之间通过多达100兆个神经突触传导电信号,形成了一个巨大而非常复杂的神经网络。迄今为止,科学家对于人脑的运作仍然只知皮毛,对于诸如记忆和情感这样的活动无法从细胞和分子层面进行全面的解释。

位于美国西雅图的艾伦脑科学研究所是一家由微软共同创始人保罗•艾伦出资建立的非盈利性研究机构,它致力于研究人脑如何运作,其所有研究成果都在互联网上免费公开,任何科研人员都可以使用这些资源。艾伦研究所希望通过对鼠脑的深入研究来为将来对人脑的研究奠定扎实的基础。

与人同样属于哺乳动物的小鼠,尽管脑容量要小得多,但脑的各部分结构与人脑非常相似。因此,在目前无法直接研究人脑的情况下,了解鼠脑的结构和运作将极大地帮助我们最终揭开人脑的奥秘。通过让鼠脑内的神经细胞表达不同的荧光标记,艾伦研究所已经公布了大量的鼠脑结构图谱,让我们了解到了这些神经元如何连接成为网络。然而,目前的这些地图都是静态的,我们仍然无法了解现实中脑的动态运作过程。

近日,艾伦研究所推出了最新的研究计划“大脑观测站”。该计划的第一项实验是试图了解鼠脑如何处理视觉信息,研究人员给予老鼠各种视觉刺激,从最简单的黑白线条,到自然风光或动植物的照片,甚至给老鼠放映黑白电影。这些老鼠的神经元表达一种特殊的荧光蛋白,当某个神经元处于活跃状态时就会发出明亮的荧光信号。研究所内的高分辨率荧光显微镜可以同时追踪多达18000个神经元的活动,就好像在大脑上装了一个观测站,可以实时观测大脑的动态运作。研究人员希望借此了解大脑如何传递和处理视觉信息。


艾伦研究所的大脑观测站(图片来源:艾伦研究所)

目前,他们已经发现了一些有意思的现象。比如,当老鼠辨认出一种熟悉的动物例如蝴蝶时,某几个特定的神经元会非常活跃。这些实验产生了海量的原始数据,艾伦研究所的科学家只是刚刚开始处理这些数据,同时,他们把所有的数据都上传到了他们的网站上,任何一个对于脑科学研究有兴趣的人都可以查看和分析这些数据。神经科学家Shawn Olsen博士说:“观看这些原始数据就像是看电影一样。我们可能需要几年的时间来分析这些数据,所以我们希望通过网络的力量从中发掘更多的信息。”


Shawn Olsen博士(图片来源:艾伦研究所官网)

视觉信息的处理在脑的各种功能中属于相对简单的类型。接下来,科学家们希望探索更复杂的脑活动,比如学习记忆、意识的产生以及如何做出决定。与此同时,包括老年痴呆症、精神分裂症等一些脑部疾病的病因将会得到更加详细的解释。我们希望这项计划最终能让我们清楚地了解人脑如何工作,并且能够治疗各种脑部疾病。

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