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大脑工作群星闪耀I人类的群星闪耀时
原先被认为无用的细胞居然也能如神经元一样在刺激下做出 及应让大脑闪耀如同星河。“胶质细胞”就是大脑里的海绵。科 学家认为它们作为填充物支撑着我们的大脑。麻省理工学院的舒 默尔斯和中国留美学者俞洪波等人研究发现胶质细胞同样参与了 大脑的工作。这一结果可能让我们得以重新认识生物体最神秘的 器官。
一个脑包含数千亿个神经元还有更多的胶质细胞填充其间。
“可以想象如果我们能身临其境处身于兴奋的脑中那将会是电光 闪烁此起彼伏密如织网。”俞洪波解释说。如果你是美剧《豪斯 医生》的粉丝那你一定不会对“fMRI"感到陌生。它就是“脑功 能核磁共振”。它一直是科学家探索大脑功能的工具。它让研究 者直接进入“脑的丛林”。研究人员如孙悟空一样缩小身形进入 铁扇公主的颅腔置身于脑细胞的丛林中观察这些细胞。“了解了 每个神经元的电活动就能破解脑的秘密。”
可是fMRI也有缺点。它的信号来源是模糊的多年来科研人员 不知道脑的活动是如何引起fMRI信号的因此对fMRI结果的解释 也是格外小心；同时fMRI检测非常粗放它的空间分辨率在毫米级 别而在1毫米见方的脑皮层内有几十万神经元人们无从得知具体 的单个神经元的信息。记录单个神经元的电活动传统办法是在脑 中插入极其细小的电极可是一根电极最多只能记录几个细胞工作 起来如同大海捞针。
20_年俞洪波所在的麻省理工学院建立的新系统解决了这个 问题。这一系统的核心是双光子激光成像。“分辨率可以小于1 微米比头发直径小百倍。”研究人员用多种荧光染料标记大脑如 果荧光分子遍布细胞全体研究人员就可以看到脑内细胞的全态。 如果染料是与脑活动相关的比如说神经元产生动作电位后细胞内 的钙离子浓度会大幅升高采用特殊的钙离子染料钙浓度增加荧光 就增强；钙浓度降低荧光就减弱。这样就可以检测细胞的反应强 度。
星型胶质细胞的功能区和神经元的完全匹配这样的精确有何 意义？ MIT教授聊起了以前的一个猜想胶质细胞可能与血流相关。
研究人员立即联想到在实验中所观察到的一个有趣现象：星 型胶质细胞只在一个非常特定的麻醉水平以下才反应而这个水平 与多年来在进行血流相关的脑功能成像中总结出的“魔术阈值” 完全一致。“星型胶质细胞反应时脑功能成像的血流信号也强烈 反之亦然。”
此后研究人员又通过实验证实了这一猜想：神经元精准的功 能区与星型胶质细胞的功能区匹配由星型胶质细胞来控制局部血 管的扩张以精准控制局部血流的变化从而为包括fMRI在内的脑功 能成像提供信号来源。即使神经元反应正常只要星型胶质细胞不 反应脑功能成像信号几乎完全消失。
人们知道脑血流和功能相关可不知道具体是如何实现的。比 如脑的功能反应增强一倍脑血流是否也线性增强这涉及到对成像 研究的基本解释。过去多年来有很多解释可矛盾重重。而星型胶 质细胞的发现则解开了脑功能成像的秘密此时距离脑功能成像被 广泛应用已经十多年。对此德国马普研究所的两位科学家在同期 《科学》上发表的专题评论文章说：“单个星型胶质细胞独特的 反应模式完全挑战了过去的学术观点。”
当研究人员给实验动物看反复变化的图形时细胞群的闪耀模 式也随之变化