科学之谜|让大脑透明的科学家

改良年夜脑当作像手艺

阿兰·贾萨诺夫是脑神经科学范畴新一代领甲士物。他对年夜脑的研究始于2004年，在哈佛年夜学拿到分子生物物理学的博士学位之后，出于对神经科学强烈的乐趣，贾萨诺夫来到麻省理工学院的麦戈文脑科学研究所任教，他试图揭开年夜脑的神秘面纱，理解年夜脑若何在微不雅的分子层面上行使其复杂的功能。

几个月之后，贾萨诺夫发现这很是坚苦，因为他贫乏足够切确的研究东西。好比，在神经科学范畴，科学家普遍利用功能性磁共振当作像来不雅测年夜脑的勾当环境。这种手艺是经由过程测量脑部各区域血液流动的转变来反映年夜脑执行特心猿意马使命时哪一部门会处于活跃状况，这就比如是经由过程测量计较机各部件的热量来阐发计较机的工作环境。可是，血液流动的转变凡是发生在神经细胞勾当的数秒钟之后，无法实时反映年夜脑勾当的真实环境。并且，细小的血管限制了空间分辩率，当作像可以分辩的最小体积中足以包含上千个神经元，这对分工高度细化的脑部组织而言其实是太粗拙了。所以，出于对已有研究东西的不知足，贾萨诺夫进一步将研究偏向定位为“分子影像学”，专门研究若何对年夜脑进行加倍切确的当作像。

在麻省理工学院尽力了几年后，贾萨诺夫确实发现了一些研究年夜脑的好方式。他灵敏地意识到，比拟起血液的流动，钙离子的勾当其实是反映年夜脑神经勾当加倍直接的表征，因为神经递质（在神经元间传递信息的化学物质）的释放和神经感动的传导都需要钙离子的介入，并且，只要神经元兴奋，就会有钙离子进入神经元。若是可以或许测量年夜脑钙离子的勾当环境，就可以加倍直接地绘出年夜脑勾当的图像。

于是，贾萨诺夫将一种对钙离子敏感的造影剂与超顺磁性氧化铁分子连系，发现了一种新型的纳米钙颗粒造影剂。尝试时，贾萨诺夫和学生们将这种造影剂输入动物的年夜脑，然后再用功能性磁共振设备来对脑部当作像，成果显示，当利用具备超等顺磁性的钙纳米颗粒时，功能性磁共振设备的旌旗灯号显著加强，信噪比也更好。并且，基于此种造影剂而做出的脑部当作像可以反映年夜脑局部瞬时的钙离子的转变，也就由此研究了特心猿意马勾当下脑部组织的兴奋环境。

让基因当作为跟踪东西

贾萨诺夫认为，分子影像学的方针是，在分子程度上供给生物体完整的生物学信息。于是，他又测验考试在更小的标准上利用功能性磁共振当作像，将动物年夜脑内的基因勾当变得可视化。贾萨诺夫和学生们采用的法子是设计新型的“陈述基因”，这个“陈述基因”只会跟着动物年夜脑内特心猿意马的“方针基因”的活跃而活跃，也就是说它能“陈述”动物年夜脑内某种基因的活跃状况。若是可以或许利用造影剂，将“陈述基因”的活跃水平可视化，那么科学家就可以监测动物年夜脑内“方针基因”的勾当了。

贾萨诺夫利用了一种叫做“锰卟啉”的造影剂和一种可以编码“排泄型碱性磷酸酶”的基因（简称为“SEAP基因”）来做尝试。“锰卟啉”自己可溶于水，轻易被排出体外，难以被功能性磁共振设备所检测。然而，当“排泄型碱性磷酸酶”碰到“锰卟啉”时，两者会发生反映，使“锰卟啉”造影剂变得难溶，并起头在脑组织中堆集，使其可以被检测到。

贾萨诺夫和学生们经由过程将携带“SEAP基因”的病毒注入动物的脑细胞内，想法子将“SEAP基因”并入动物自身细胞的基因组。然后，动物的脑细胞起头出产“排泄型碱性磷酸酶”，这种酶被脑细胞排泄出来并锚心猿意马在脑细胞的概况。接下来，贾萨诺夫为动物年夜脑注入“锰卟啉”造影剂，造影剂扩散至年夜脑，可是年夜部门被排出体外，仅在出产了“排泄型碱性磷酸酶”的细胞概况有心猿意马量的堆集，这时，利用功能性磁共振当作像就可以查明“SEAP基因”在年夜脑哪个部门是活跃的。

今朝，贾萨诺夫还只能做到让功能性磁共振当作像检测出“SEAP基因”是否被当作功植入动物年夜脑。在将来，他打算打算将“SEAP基因”与影响年夜脑进修和记忆的“方针基因”联系起来，使其可以或许做到只有在“方针基因”开启时才处于活跃状况，这还需要贾萨诺夫和学生们对“陈述基因”作进一步的设计。