新方法揭示大腦白質中的神經連接細節

　　人類的大腦是一個持續不斷的活動場所，它的860億個神經細胞（神經元）將電信號從大腦的一個區域發送到另一個區域。這些信號沿著白質纖維---一個由線狀纖維組成的迷宮---傳播，最終產生了所有的大腦功能。揭示神經元之間的這些線狀公路一直是神經科學的一個長期挑戰。現有的在細胞水平上繪制這種神經回路的方法要么**于動物

　　2021年10月10日訊/生物谷BIOON/---人類的大腦是一個持續不斷的活動場所，它的860億個神經細胞（神經元）將電信號從大腦的一個區域發送到另一個區域。這些信號沿著白質纖維---一個由線狀纖維組成的迷宮---傳播，最終產生了所有的大腦功能。揭示神經元之間的這些線狀公路一直是神經科學的一個長期挑戰。現有的在細胞水平上繪制這種神經回路的方法要么**于動物研究，要么需要高度專業化的設備進行數據采集和處理。

　　在一項新的研究中，以色列耶路撒冷希伯來大學神經科學家Aviv Mezer教授和Roey Schurr博士開發出一種繪制和可視化觀察這些神經纖維的新方法。他們利用了一種已經存在了近140年的技術，不過這種技術之前從未被用于研究大腦白質的纖維結構。相關研究結果于2021年10月7日在線發表在Science期刊上，論文標題為“The glial framework reveals white-matter fiber architecture in human and primate brains”。

　　長期以來，神經元本身一直在使用紫色的Nissl染色劑（Nissl stain）進行研究---這種染色劑是由德國醫科學生Franz Nissl在19世紀80年代發明的。它在神經元染色中的應用徹底改變了我們對大腦皮層的理解。然而，Mezer和Schurr是**使用Nissl染色的大腦切片來揭示白質中的神經纖維通路。

　　大腦的白質主要由神經纖維和一組稱為膠質細胞（glia）的細胞組成。這些膠質細胞在此之前在很大程度上被忽視了，被認為是大腦中相當不重要的空間填充物---事實上它們的名字“膠質細胞”來自于古希臘語，意思是“膠水”。當Schurr作為博士生加入Mezer的實驗室時，他決定看一些Nissl染色的腦組織的圖片。Schurr說，“這只是好奇心。教科書上有很多插圖，但我想了解大腦白質究竟是什么樣子的。”

　　令Schurr驚訝的是，他注意到這些膠質細胞形成了一種短列的模式。此外，這些膠質細胞排列似乎與局部的神經纖維一致。Schurr說，“我們做了一次徹底的文獻審查，發現1992年的一篇論文已經描述了這種膠質細胞組織，但是這一發現在我們的領域沒有得到應有的關注。”

　　Nissl ST成像：1.左上：在人類大腦半球的單個切片上使用Nissel ST技術的結果。我們可以看到神經纖維取向圖（方向根據右邊的半圓進行顏色編碼）。2.右上：稱為胼胝體的白質束中神經纖維取向圖的放大圖。3.**行：沿白質束不同位置的Nissl染色圖像。染色的膠質細胞排列在每個位置的取向不同。4.最下面一行：我們的方法選擇的這些取向恢復底層的纖維取向。圖片來自Roey Schurr/Hebrew University。

　　此后，Schurr開展了其他方面的研究，但是最近，他又回到了他所做的那項不尋常的觀察。Mezer和Schurr意識到，通過使用圖像處理領域的簡單計算工具，他們可以利用模式化的細胞組織來揭示白質結構。Mezer說，“當我們**次將這種技術應用于Nissl染色的大腦切片時，我感到非常驚訝。在Nissl染色的圖片中，白質呈模糊均勻的外觀。應用一些計算工具后，突然出現了一張彩色圖片，描繪一直隱藏在那里的白質纖維的精細結構。我們立即認識到這是科學家們在白質研究中一直在尋找的一塊重要拼圖。”

　　這種被Mezer和Schurr稱為Nissl-ST（Nissl-based Structure Tensor）的技術可以用于任何經過Nissl染色的大腦切片中的白質。由于Nissl染色是腦科學中最常用的染色劑，在世界各地都可以找到很多這種染色劑，包括高分辨率染色腦切片的數字化數據集和開源圖譜。

　　Mezer總結說，“Nissl-ST的應用對于未來研究正常大腦發育、衰老和影響白質的病理狀態（如神經變性和精神分裂癥）中的白質有很大的潛力。”