“窥探”大脑的通讯奥秘
原创 武照伐
人类的大脑是生物演化的奇迹，是高超、精巧和完善的信息处理系统。它掌管着人类的语言、思维、感觉、情绪、运动等高级活动。据世界卫生组织统计，在全球各类疾病给社会造成的负担中，脑疾病占28%，其中包括备受关注的孤独症等发育性神经疾病、抑郁症等精神疾病和阿尔海默症等神经退行性疾病。要想治疗脑疾病，最重要的是要了解大脑。
但研究大脑的奥秘极具挑战性，因为大脑是生物体内结构和功能最复杂的器官，人类大脑大约有860亿个神经细胞，这相当于整个银河系星体的总数。人们可以观测到宇宙中的恒星，但是对大脑的探索却相差甚远。如果把大脑的其中一小块放大，你会看到这些神经细胞并不是独立工作的，它们彼此连接。神经元之间的连接结构被称为突触，神经元会在突触的位置释放一类被称为“神经递质”的信号分子，从而完成交流，进而支配复杂的行为。然而大脑里的这些信号分子又被称为大脑里的“暗物质”，因为它们看不见也摸不着。
人的大脑
工欲善其事，必先利其器，工具非常重要。与大脑功能多样性比起来，人们研究大脑的工具还非常有限。怎么才能开发出好用的工具来帮助我们研究大脑的奥秘呢？如果把我们的大脑中不同的细胞连接比喻成一团杂乱无章的电线，大脑疾病的发生的时候也就是通电发生了障碍。电是看不见摸不着的，如果能在电线上接上特定颜色的小彩灯，那么就可以直观地看到电线是否接通，也能了解大脑是不是在正常工作。如果大脑发生了疾病，便可以通过彩灯的亮度变化观测到这一信号。
点亮大脑
基于这样的想法，第二十二届北京青年学术演讲比赛复赛的选手，来自北京大学生命科学学院的武照伐（北京神经科学学会推荐）所在课题组，从2012年成立至今一直致力于开发研究大脑通讯奥秘的工具，尤其是先进的成像工具。
如何去实现呢？前文已提及，大脑有很多神经细胞组成，这些细胞不是“单枪匹马”作战的，它们通过释放或者接受一些信号分子完成彼此之间的交流，这些信号分子被称为“神经递质”。如果能够“点亮”这些神经递质，就可以直观的看到大脑的通讯。为了实现这个目的，武照伐与课题组巧妙地在神经递质的受体上加了一个可以发出荧光的蛋白，经过大量的筛选和优化，发现有一些突变体在结合了神经递质以后会变得更亮，那么这些突变体就被选出来用来检测特定的神经递质。
这些新型的成像工具是窥探大脑奥秘的利器，它们能够帮助我们解密负责的行为学背后大脑的工作机制。白天大脑会分泌一类被称为“睡眠因子”的腺苷，积累到一定的程度后，人就容易瞌睡。利用新研发的腺苷荧光探针，科学家首次能够看到，在进入梦乡的时候会有“睡眠因子”腺苷的快速、大量地释放，因此适当做梦其实能够让我们睡得更香。
睡眠因子
不同情绪时大脑里又发生了什么？课题组在小鼠实验中发现，当把小鼠的尾巴提起来时，小鼠会非常紧张，大脑中的“恐惧因子”——去甲肾上腺素的水平会一直飙升，当把它放下的时候，又恢复到正常的水平。
这些新型的成像工具不仅可以帮我们了解大脑在正常的生理活动中的奥秘，还可以帮我们揭示大脑在病变过程中发生了什么。当大脑损伤的时候，三磷酸腺苷能够快速的释放和扩散，并通知附近的免疫细胞赶来，从而保护大脑减少损伤，这里的损伤是非常局部的，其他未损伤区域就没有这样的信号。这也是通过成像手段“窥视”脑奥秘的优势，能够更加准确的观察和定位大脑不同位置发生了什么。
先进的成像工具能够助力揭示大脑工作的奥秘，可以说在大脑通讯成像领域，我们国家已经走在了世界的前列。
武照伐
北京大学生命科学学院
（北京神经科学学会推荐）
