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透視大腦 美研發出新技術

自由時報/ 2013.04.12 00:00
解神經疾病之謎

〔國際新聞中心/綜合報導〕美國科學家十日在「自然」期刊網路版發表運用生物化學工程研發而成的大腦透視技術,可讓大腦透明到肉眼可見其構造,不僅有助了解大腦正常功能,也能一窺神經疾病患者的大腦構造,促進相關療法進展。參與歐巴馬政府大腦研究計畫的研究人員,將此技術譽為「重大科技創新」,「將加速大腦迴路圖繪製工作」。

讓大腦變透明 肉眼可見構造

這項原名縮寫為「CLARITY(清晰)」的技術,是由史丹福大學生物工程學家戴舍羅斯主持。團隊發現,無法透視大腦構造的原因,是因為大腦細胞都被有固定作用的「脂質」包覆,脂質並不透明,其包覆的構造當然無法一目了然。脂質可以用蠻力移除,但如此一來,整個細胞組織也會失去支撐,神經元(神經細胞)癱成爛泥,垮成一團漿糊。

因此團隊先將透明、果凍狀的水凝膠注入老鼠大腦中取代雙層脂質,接著把水凝膠加熱到比體溫高一點,使得水凝膠分子互相連結形成結實的網絡,就像大腦中固定各構造的網絡一樣。經過八天,科學家希望中的理想狀況誕生:一個完整無缺、可以透視的老鼠大腦於焉成形。

史丹福大學的聲明說:「我們讓大腦維持3D與透明,所有重要結構,包括神經元、軸突、樹突 、突觸、蛋白質與核酸等等都在其位,完整無缺。」此時科學家以肉眼就能看到大腦組織中的神經床、腦幹、皮質、海馬迴等構造,如果再透過顯微鏡,就能看到負責傳遞神經元訊號的白質。由於水凝膠不只透明,也具有可透性,科學家注入特製的螢光染劑把大腦數千個不同細胞的分子染成不同顏色,在特殊燈光照射下,即使超小細胞也無所遁形。

研究人員在老鼠與斑馬魚的腦部取得實驗成功後,接著對一名已過世的自閉症男童的腦部進行實驗,該腦部已捐贈六年,但他們仍成功追蹤到個別的神經纖維,並注意到腦中的神經元有異常的梯狀構造。

透過「CLARITY」技術,科學家可以追蹤神經連結以及細胞群關係,美國國家心理衛生研究院院長殷塞爾說,立體構造的大腦從此不再受限於2D技術,「有關大腦解剖構造、以及疾病如何改變這種構造的研究」,將因此大大改進。

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