【Science】如何更好地了解大脑中860亿神经元的连接细节？科学家带你探秘尼塞尔这种新方法

人类的大脑并没有看着那么简单，它包含很多持续不断的活动，它的860亿个神经元从大脑的一个区域向另一个区域发送电信号。这些信号沿着白质纤维传播，这是一个由线状纤维组成的迷宫，最终产生了所有的大脑功能。长期以来，发现神经元之间的这些电线状的通路对神经科学来说是一个很大的挑战。现有的在细胞水平上映射这种神经回路的方法要么仅限于动物研究，要么需要高度专业化的数据采集和处理设备。

最近，耶路撒冷希伯来大学的Edmond和Lily Safra脑科学中心的神经科学家Aviv Mezer教授和Roey Schurr博士开发了一种绘制和可视化这些神经纤维的新方法。他们使用了一种已经存在了近140年的技术，但从未用于研究大脑白质的纤维结构。他们将这项发现发表在《Science》杂志一篇题目为“The glial framework reveals white-matter fiber architecture in human and primate brains”的文章中：

长期以来，科学家们一直在用紫色尼塞尔染色法研究神经元本身，这种染色法是由德国医科学生Franz 尼塞尔在19世纪80年代发明的。它用于给神经元染色，彻底改变了我们对大脑皮层——大脑外层灰质层的理解。然而，希伯来大学的研究小组是第一个使用尼塞尔染色的大脑切片来揭示白质中的纤维通路的。

大脑的白质主要由神经纤维和一组被称为神经胶质的细胞组成。直到最近，这些胶质细胞在很大程度上被忽视，被认为是大脑中相当不重要的空间填充物——事实上，它们的名字“glia”来自古希腊，意思是“胶水”。当Schurr以博士生的身份加入梅泽的实验室时，他决定看一些尼塞尔染色脑组织的照片。“我只是好奇，”Schurr说，“教科书上到处都是插图，但我想知道大脑白质到底是什么样子的。”

令Schurr吃惊的是，他注意到胶质细胞形成了一种短列的模式。此外，胶质排列似乎与局部神经纤维一致。“我们做了一个彻底的文献回顾，发现1992年的一篇论文已经描述了这种胶质细胞组织，”Schurr说，“但这个发现在我们的领域并没有得到应有的关注。”

其他的研究接手了，但最近Schurr又回到了他所做的不寻常的观察。研究人员意识到，通过使用图像处理领域的简单计算工具，他们可以利用细胞组织的模式来揭示白质结构。Mezer教授说:“当我们第一次将这项技术应用于大脑的尼塞尔染色切片时，我感到很惊讶。”在尼塞尔染色的图像中，白质具有微弱的均匀外观。运用一些计算工具，突然出现了一张彩色地图，描绘了一直隐藏在那里的白质纤维的精细结构。我们立即意识到它是科学家们在白质研究中一直在寻找的谜题的重要组成部分。”

这种技术被希伯来大学的研究人员称为尼塞尔-ST(“基于尼塞尔的结构张量”)，可以应用于任何经历过尼塞尔染色的大脑切片中的白质。由于尼塞尔染色是脑科学中最常用的染色剂，在世界各地都可以找到很多这种染色剂，包括数字化数据集和高分辨率染色脑切片的开源图集。

尼塞尔-ST成像:1。左上:对取自人类大脑半球的单片进行尼塞尔-ST技术测试的结果。我们可以看到神经纤维的方向图(方向是根据右边的半圆用颜色编码的)。2. 右上:白质束胼胝体的神经纤维方向图放大图。3.第一行:沿着通道不同位置的尼色尔染色图像。染色的胶质行在每个位置的定位不同。4. 下面一行:我们的方法拾取这些方向来恢复底层的纤维方向

Mezer总结道:“尼塞尔-ST的应用对于未来研究白质在正常大脑发育、衰老和影响白质的病理状态(如神经退化和精神分裂症)中的作用具有巨大的潜力。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-10-elucidating-brain-white-method-reveals.html