據(jù) Science 報(bào)道，艾倫腦科學(xué)研究所公布了首個(gè)活人腦細(xì)胞開放獲取數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包含了 36 名捐獻(xiàn)者的 300 個(gè)大腦皮層神經(jīng)元電屬性數(shù)據(jù)和其中 100 個(gè)細(xì)胞的 3D 重建，以及來自另外 3 名患者的 16000 個(gè)神經(jīng)元的基因表達(dá)數(shù)據(jù)。這些活腦組織細(xì)胞數(shù)據(jù)有助于科學(xué)家更好地理解人腦。
對于神經(jīng)科學(xué)家來說，新鮮的人腦組織是極為稀缺的資源。在手術(shù)中，活的人類腦組織通常會被丟棄，現(xiàn)在，這些活腦組織將被添加到一個(gè)公開數(shù)據(jù)庫，幫助解開人類認(rèn)知的工作原理。
西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所的研究人員編制了包括大型數(shù)據(jù)庫和腦圖譜在內(nèi)的一系列神經(jīng)科學(xué)工具，10月25日，他們宣布發(fā)表第一份人類活腦細(xì)胞的數(shù)據(jù)報(bào)告。
人腦研究大多數(shù)是通過掃描志愿者大腦或尸體的腦組織切片來獲取功能腦成像。這些圖像和信息都被錄入到一個(gè)數(shù)據(jù)庫，以便研究人員分析單個(gè)活細(xì)胞或神經(jīng)元，確定細(xì)胞行為的生物學(xué)基礎(chǔ)。到目前為止，這個(gè)數(shù)據(jù)庫只收錄了老鼠大腦的信息。
利用手術(shù)中的人腦樣本進(jìn)行小規(guī)模的試驗(yàn)性研究始于1970年代，但現(xiàn)在艾倫研究所發(fā)表的大量人腦數(shù)據(jù)可以說是迄今為止最廣泛、最系統(tǒng)的努力，已經(jīng)被作為研究人類大腦獨(dú)特性的重要輔助手段。
人類大腦的獨(dú)特性
經(jīng)患者同意，西雅圖地區(qū)的神經(jīng)外科醫(yī)生向研究所捐獻(xiàn)了一小塊原本會被丟棄的大腦組織。這些組織是大腦皮層的外層，手術(shù)中通常需要剪開患者的部分這些組織以到達(dá)大腦深層的病變區(qū)。
大腦皮層負(fù)責(zé)處理更高層次的活動(dòng)，包括深層的內(nèi)省和抽象的推理，這些都被認(rèn)為是人類獨(dú)有的。艾倫研究所總裁兼首席科學(xué)家Christof Koch說：“找出老鼠和人類大腦之間的細(xì)節(jié)區(qū)別將有助于我們了解是什么使我們?nèi)祟惓蔀樗形锓N中獨(dú)特的存在。”
第一批人類數(shù)據(jù)包括來自36位捐獻(xiàn)者的300種不同類型神經(jīng)元的電屬性，以及其中一部分蜘蛛形狀的3D重建和電行為模擬的計(jì)算模型。數(shù)據(jù)庫還包括來自另外3名捐獻(xiàn)者大腦的16000個(gè)單細(xì)胞的基因表達(dá)圖譜?，F(xiàn)在，世界各地的科學(xué)家可以將這些數(shù)據(jù)與來自老鼠的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得出人類與其他動(dòng)物大腦關(guān)鍵差異的假設(shè)。
利用活人腦細(xì)胞進(jìn)行研究的先驅(qū)、阿姆斯特丹自由大學(xué)神經(jīng)學(xué)家 Huib Mansvelder 說：“這個(gè)數(shù)據(jù)庫是科學(xué)界的一個(gè)重要貢獻(xiàn)?！崩?，他和他的同事們已經(jīng)證明，人類神經(jīng)元比老鼠神經(jīng)元的電容低，這使得它們能夠更快地啟動(dòng)和傳遞信息。人類神經(jīng)元也具有更復(fù)雜的形狀。他說：“艾倫研究所的工業(yè)化研究模式正在將這一領(lǐng)域的研究推向一個(gè)全新的水平?！?/span>
人腦活組織相比老鼠腦組織活力更久
來自捐贈者的活腦組織塊約為一個(gè)方糖大小——通常和整個(gè)老鼠大腦的體積相當(dāng)。這些組織被切成300-350微米厚的薄片，細(xì)胞活力可保持3天，這給了科學(xué)家們足夠的時(shí)間進(jìn)行測量研究。相比之下，老鼠神經(jīng)元在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就會退化。
目前，世界范圍內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè)研究中心有新鮮的人腦組織可用，部分原因是直到最近都很少有腦外科醫(yī)生去研究新鮮人腦組織。但是，生物研究工具的快速發(fā)展增加了這類研究的科學(xué)回報(bào)。
艾倫研究所計(jì)劃在數(shù)據(jù)庫中增加人腦細(xì)胞的數(shù)量以及從每個(gè)細(xì)胞中獲取的信息量。它的最終目標(biāo)是囊括完整的RNA圖譜，以分析人腦中活躍的基因。下一階段還將分析細(xì)胞間的連接。不過，這項(xiàng)研究并不能像對老鼠大腦的研究那樣全面，因?yàn)橥饪剖中g(shù)只能切除活人大腦的極小部分腦組織，而老鼠的整個(gè)大腦都可以被檢查。
細(xì)胞完整性
關(guān)于人腦活組織還有另外一個(gè)問題。盡管這些細(xì)胞看起來很健康，但它們來自外科手術(shù)的切除腫瘤或治療嚴(yán)重癲癇，這引起了人們的擔(dān)憂，即它們的屬性可能因其病理環(huán)境而改變。不過，Mansvelder的團(tuán)隊(duì)比較了癌癥患者和癲癇患者的大腦皮層租住，發(fā)現(xiàn)這些組織非常相似。艾倫研究所的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與之一致。
使用人類的皮質(zhì)組織還有另一個(gè)優(yōu)勢。神經(jīng)外科手術(shù)前后，匿名捐贈者的大腦功能信息可以被很好地記錄備案，而這些信息可以與細(xì)胞性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。9月20日至23日，在匈牙利的歐洲神經(jīng)科學(xué)協(xié)會的一次會議上，Mansvelder公布的一項(xiàng)數(shù)據(jù)表明智商與細(xì)胞激動(dòng)閾值有關(guān)——智商越高，閾值越低。
Mansvelder，匈牙利塞格德大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)先驅(qū)Gábor Tamás，以及來自以色列瑞典瑞典研究團(tuán)隊(duì)將與艾倫研究所合作，進(jìn)一步開發(fā)人腦數(shù)據(jù)庫。美國國家衛(wèi)生研究院在10月23日宣布為這一計(jì)劃撥款1940萬美元。
本文轉(zhuǎn)自新智元
來源：Science 編譯：馬文。
備注：圖片來源網(wǎng)絡(luò)
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