原先被認(rèn)為無用的細(xì)胞，居然也能如神經(jīng)元一樣，在刺激下做出反應(yīng),，讓大腦閃耀，如同星河,。
“膠質(zhì)細(xì)胞”就是大腦里的海綿,。科學(xué)家認(rèn)為它們作為填充物支撐著我們大腦,。一項新的研究發(fā)現(xiàn),，膠質(zhì)細(xì)胞同樣參與了大腦的工作。這一結(jié)果可能讓我們得以重新認(rèn)識生物體最神秘的器官,。
該研究由麻省理工學(xué)院的舒默爾斯和中國留美學(xué)者俞洪波等人組成的研究小組完成,，成果發(fā)表在近日的《科學(xué)》雜志上。本報記者專訪了俞洪波,。他詳細(xì)講解了此項研究的全過程,。
研究途徑 進(jìn)入“腦的叢林”
如果你是美劇《豪斯醫(yī)生》的粉絲，那你一定不會對“fMRI”感到陌生,。它就是“腦功能核磁共振”,。它一直是科學(xué)家探索大腦功能的工具。它讓研究者直接進(jìn)入“腦的叢林”,。
一個腦包含數(shù)千億個神經(jīng)元,，還有更多的膠質(zhì)細(xì)胞填充其間。“可以想象,，如果我們能身臨其境,，處身于興奮的腦中，那將會是電光閃爍,，此起彼伏,，密如織網(wǎng)。”俞洪波解釋說現(xiàn)代腦成像技術(shù)讓我們實(shí)現(xiàn)了這一夢想,。研究人員如孫悟空一樣縮小身形,，進(jìn)入鐵扇公主的顱腔，置身于腦細(xì)胞的叢林中,，觀察這些細(xì)胞,。“了解了每個神經(jīng)元的電活動就能破解腦的秘密。”
可是fMRI也有缺點(diǎn),。它的信號來源是模糊的,，多年來科研人員不知道腦的活動是如何引起fMRI信號的，因此對fMRI結(jié)果的解釋也是格外小心,；同時fMRI檢測非常粗放,，它的空間分辨率在毫米級別，而在1毫米見方的腦皮層內(nèi)，有幾十萬神經(jīng)元,，人們無從得知具體的單個神經(jīng)元的信息,。記錄單個神經(jīng)元的電活動，傳統(tǒng)辦法是在腦中插入及其細(xì)小的電極,，可是一根電極最多只能記錄幾個細(xì)胞,，工作起來如同大海撈針。
2001年,，俞洪波所在的麻省理工學(xué)院建立的新系統(tǒng)解決了這個問題,。“開始是用于形態(tài)學(xué)研究的，2003年我和同事將它應(yīng)用于活體動物雪貂的長期形態(tài)學(xué)研究并取得成功,。”
這一系統(tǒng)的核心是雙光子激光成像,。“分辨率可以小于一微米，比頭發(fā)直徑小百倍,。”研究人員用多種熒光染料標(biāo)記大腦,，如果熒光分子遍布細(xì)胞全體，研究人員就可以看到動物腦內(nèi)細(xì)胞的全態(tài),。如果染料是與腦活動相關(guān)的,，比如說神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位后，細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度會大幅升高,，采用特殊的鈣離子染料,，鈣濃度增加，熒光就增強(qiáng),；鈣濃度降低,，熒光就減弱，這樣就可以檢測細(xì)胞的反應(yīng)強(qiáng)度,。
結(jié)論延伸 解開腦功能成像之謎
星型膠質(zhì)細(xì)胞的功能區(qū)和神經(jīng)元的完全匹配,，這樣的精確有何意義？MIT教授聊起了以前的一個猜想,，膠質(zhì)細(xì)胞可能與血流相關(guān),。
研究人員立即聯(lián)想到在實(shí)驗(yàn)中所觀察到的一個有趣現(xiàn)象：星型膠質(zhì)細(xì)胞只在一個非常特定的麻醉水平以下才反應(yīng)，而這個水平與我們多年來在進(jìn)行血流相關(guān)的腦功能成像中總結(jié)出的“魔術(shù)閾值”完全一致,。“星型膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)時,，腦功能成像的血流信號也強(qiáng)烈，反之亦然,。”
此后,，研究人員又通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一猜想：神經(jīng)元精準(zhǔn)的功能區(qū)與星型膠質(zhì)細(xì)胞的功能區(qū)匹配，由星型膠質(zhì)細(xì)胞來控制局部血管的擴(kuò)張,，以精準(zhǔn)控制局部血流的變化,，從而為包括fMRI在內(nèi)的腦功能成像提供信號來源,。即使神經(jīng)元反應(yīng)正常，只要星型膠質(zhì)細(xì)胞不反應(yīng),，腦功能成像信號幾乎完全消失,。
異常現(xiàn)象 膠質(zhì)細(xì)胞總是“慢一拍”
