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近日，來自英國愛丁堡大學（University of Edinburgh）的一支科研團隊在頂尖學術期刊《科學》上展示了一組驚人的大腦圖像。這些圖像描繪了小鼠在一生的不同年齡段，整個大腦中50億個神經細胞連接點的細節。科學家們相信，這份圖譜將為我們提供大腦老化的線索，揭示記憶如何受到年齡的影響，並為理解學習障礙和痴呆症等提供洞見。
這些大腦圖像中的「主角」被稱為突觸，它們是神經細胞之間重要的連接點，傳遞電信號和化學信號，形成大腦的神經環路。動物與生俱來的行為和後天學習的行為都受到突觸的分子組成所控制。突觸的變化是記憶形成和儲存的基礎，突觸損傷已知與130多種腦部疾病有關。
在這項工作中，科研人員以單個突觸的解析度，分析了小鼠從出生到成年再到老年的整個大腦中，興奮性突觸的分子多樣性和形態多樣性，比較各個腦區的突觸在主要鼠生階段如何變化。
「大腦是我們所知的最複雜的東西，從這個細節層面上理解它是一個重大的進步。「這項研究的主要負責人、愛丁堡大學臨床腦科學中心的Seth Grant教授表示。
▲在大腦切片上用不同顏色標記出不同的突觸分子（圖片來源：參考資料[3]）
▲成年小鼠的一張全腦剖面圖，不同顏色點顯示出突觸的多樣性（圖片來源：參考資料[2]；Credit: Seth Grant University of Edinburgh）
研究人員用不同的螢光標記對突觸中表達的蛋白分別進行標記，從而可以區分不同突觸的分子構成，也可以標記出不同類型突觸的數量。
從圖像中可以看到，整個一生，大腦所有區域的突觸組成發生著連續的變化。成年小鼠的腦中，圖像色彩最為豐富，意味著突觸的多樣性最大。相比之下，非常年幼和非常年老的大腦中，突觸的數量都要更少，複雜性也都要更低。
▲成年小鼠（上圖）的大腦中，突觸的類型更豐富；幼年小鼠（下圖）的大腦中，突觸的多樣性較低（圖片來源：考資料[2]；Credit: Seth Grant University of Edinburgh）
愛丁堡大學的研究人員指出，通過這些突觸組成的時空變化，我們可以探索基因為什麼會在特定年齡、特定腦區造成突觸損傷。精神分裂症往往在青春期就開始，痴呆症通常影響老年人，「我們相信，這些發現將有助於理解，為什麼大腦在生命的不同時期容易受到特定疾病的影響，以及隨著年齡的增長，大腦是如何變化的。」 Grant教授說。
參考資料
[1] Mélissa Cizeron et al., (2020) A brain-wide atlas of synapses across the mouse lifespan. Science. DOI: 10.1126/science.aba3163 [2] Clues to ageing come to light in vivid snapshots of brain cell
links. Retrieved Jun 12, 2020, from https://www.ed.ac.uk/news/2020/clues-to-ageing-brain-cell-links