杰夫·里奇曼的辦公室電腦屏幕上有一幅圖案,，它好像展示著一棵優(yōu)美的樹,，細(xì)細(xì)的各種顏色的線條平行地蛇行向上,，然后伸出兩三個(gè)枝椏,，它們的頂端綴著小小的葉子,。你別以為里奇曼是個(gè)畫家，他是哈佛大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家,，這幅圖就是哺乳動(dòng)物部分中樞神經(jīng)系統(tǒng)的第一張綜合聯(lián)線圖,。這些線條代表的是軸突；長長的,、像頭發(fā)一樣延伸的是將信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元傳到下一個(gè)神經(jīng)元的神經(jīng)細(xì)胞；這些葉子則是突觸,，它是軸突與其他神經(jīng)元或肌肉細(xì)胞之間的聯(lián)接,。

這幅圖案就是剛剛興起的“聯(lián)接學(xué)”領(lǐng)域的一個(gè)成果，它試圖描畫出在神經(jīng)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)收集,、處理和存貯信息的糾結(jié)在一起的神經(jīng)回路圖,。這樣的一個(gè)圖最終將能揭秘大腦的早期發(fā)育或諸如自閉癥和精神分裂癥等可能與錯(cuò)誤聯(lián)線相關(guān)的疾病。研究人員表示,，大腦基本上就像一臺(tái)在發(fā)展過程中能自己布線,，也能自己重新布線的電腦,。如果我們擁有了大腦的聯(lián)線圖，就能幫助我們了解它是怎樣運(yùn)行的,。

雖然數(shù)十年來研究人員一直都在研究神經(jīng)聯(lián)接,，但現(xiàn)有的工具并不能提供揭示大腦如何運(yùn)轉(zhuǎn)的解決辦法。尤其是,，科學(xué)家還沒有能夠獲得一份大腦中億萬個(gè)神經(jīng)細(xì)胞或是它們之間相互聯(lián)接的詳圖,。

里奇曼研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的技術(shù)，可將神經(jīng)細(xì)胞染色為近100種顏色,，從而讓科學(xué)家一看就知每個(gè)軸突的去向,。理解這些布線，就能揭示出信息如何在不同的大腦區(qū)域間進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)移,。

為了創(chuàng)建豐富的調(diào)色板,，研究人員對(duì)攜帶有3個(gè)蛋白質(zhì)的多個(gè)基因副本的老鼠進(jìn)行基因改造，這3個(gè)蛋白質(zhì)帶有不同顏色的熒光標(biāo)志———黃色,、紅色或青色,。該老鼠還攜帶有DNA編碼的一種酶，這種酶能隨機(jī)重組這些基因,，以使個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生熒光蛋白的任意組合,，從而形成一個(gè)彩虹圖，研究人員將之稱為“腦虹”,。然后,，研究人員使用熒光顯微鏡來顯現(xiàn)這些細(xì)胞。

“腦虹”技術(shù)是一個(gè)令人難以置信的強(qiáng)大工具,，就觀察神經(jīng)聯(lián)接而言,，它開啟了一扇巨大的機(jī)遇之門。

研究人員希望借此研究多個(gè)神經(jīng)回路,，更好地發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)線是怎樣發(fā)生差錯(cuò)的,。里奇曼表示，有這樣一類神經(jīng)系統(tǒng)失序的疾病,，人們一直懷疑與神經(jīng)細(xì)胞間的聯(lián)接缺陷有關(guān),，但苦于沒有這樣一個(gè)實(shí)用工具來追蹤這些聯(lián)接。現(xiàn)在,，有了“腦虹”技術(shù),，也許就能觀察到患有自閉癥或精神疾病的動(dòng)物模型中的這些聯(lián)接。

到目前為止的實(shí)驗(yàn)中,，里奇曼研究團(tuán)隊(duì)利用這項(xiàng)技術(shù),，追蹤了一小片負(fù)責(zé)控制平衡和運(yùn)動(dòng)的小腦中的所有這些聯(lián)接。其他科學(xué)家也已經(jīng)對(duì)使用該技術(shù)來研究視網(wǎng)膜、大腦皮層,、嗅球以及非神經(jīng)細(xì)胞類型內(nèi)的神經(jīng)聯(lián)接表現(xiàn)出了興趣,。

構(gòu)建哪怕是一小塊大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖，也將是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn),，因?yàn)榇竽X中包含有大約1000億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞和數(shù)以萬億計(jì)的突觸,。科學(xué)家需要找到方法來儲(chǔ)存,、注釋和挖掘他們所創(chuàng)建的數(shù)據(jù),，以及把這些聯(lián)接信息和神經(jīng)回路中關(guān)于神經(jīng)元的分子及生理特性的發(fā)現(xiàn)融合在一起。但現(xiàn)在,，他們至少已經(jīng)擁有了這樣一個(gè)關(guān)鍵的工具來構(gòu)建大腦的神經(jīng)聯(lián)接圖,。