哈嘍，大家好，我是小今。咱們來(lái)聊聊：科學(xué)家終于搞出“超靈敏探針”，能聽(tīng)懂大腦的“悄悄話”，神經(jīng)科學(xué)要迎來(lái)大突破？

咱們都有過(guò)這樣的體驗(yàn)：記不住剛放好的鑰匙、突然想不起要說(shuō)的話，這些看似平常的小困惑，背后其實(shí)是大腦里數(shù)十億神經(jīng)元在“溝通”。

可一直以來(lái)，科學(xué)家們就像隔著厚厚的玻璃聽(tīng)派對(duì)喧鬧，只能知道哪個(gè)神經(jīng)元在“大喊”，卻看不清別人跟它說(shuō)的“悄悄話”。直到最近，一款超靈敏的“探針”問(wèn)世，終于幫人類撬開(kāi)了大腦通訊的神秘大門。

解密大腦：從“大喊大叫”到“竊竊私語(yǔ)”的飛躍

過(guò)去，我們研究大腦，更多地是關(guān)注神經(jīng)元“放電”這種比較宏觀的信號(hào)。這就像我們只能看到多米諾骨牌一排排地倒下，知道有信息在傳遞，卻不知道究竟是哪一塊骨牌被誰(shuí)輕輕一推，引發(fā)了整個(gè)連鎖反應(yīng)。

這種“只看結(jié)果，不看過(guò)程”的方法，讓我們錯(cuò)過(guò)了太多大腦運(yùn)作的精妙細(xì)節(jié)。尤其是那些發(fā)生在單個(gè)神經(jīng)元之間，轉(zhuǎn)瞬即逝的化學(xué)信號(hào)，更是像煙霧一樣難以捕捉。

我們迫切需要一種更靈敏、更精準(zhǔn)的工具，能夠直接“潛入”大腦的“社交網(wǎng)絡(luò)”，去捕捉那些細(xì)微的、決定信息傳遞關(guān)鍵的“竊竊私語(yǔ)”。

神奇的“助聽(tīng)器”：iGluSnFR4橫空出世

就在最近，神經(jīng)科學(xué)界迎來(lái)了一個(gè)里程碑式的突破！今年12月23日，《自然·方法》雜志上刊登了一項(xiàng)激動(dòng)人心的成果：由艾倫腦科學(xué)研究所和霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們聯(lián)合研發(fā)出了一種叫做iGluSnFR4的新型蛋白質(zhì)傳感器。

你可以把它想象成給神經(jīng)科學(xué)研究者裝上了一副前所未有的“超高精度助聽(tīng)器”，它能直接“聽(tīng)”到大腦里最微弱的化學(xué)信號(hào)，讓我們第一次有機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)、清晰地看到單個(gè)神經(jīng)元之間是如何接收和處理信息的。這可不再是“隔墻聽(tīng)聲”了，而是直接坐到“聊天現(xiàn)場(chǎng)”，把每一個(gè)細(xì)節(jié)都盡收眼底。

它為什么這么厲害？深入了解“信使”谷氨酸

要理解iGluSnFR4的厲害之處，得先知道大腦信息傳遞的“秘密語(yǔ)言”。我們的神經(jīng)元并非直接相連，它們之間隔著一道微小的縫隙，叫做“突觸”。

當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元要向另一個(gè)神經(jīng)元傳遞信息時(shí)，電信號(hào)會(huì)在這里轉(zhuǎn)化成化學(xué)信號(hào)，再跨越這條縫隙。而在這個(gè)過(guò)程中，有一種非常重要的化學(xué)物質(zhì)扮演著“信使”的角色，它就是谷氨酸。谷氨酸就像一個(gè)超級(jí)勤快的“快遞員”，負(fù)責(zé)在突觸間隙傳遞信息。

這個(gè)“快遞員”有個(gè)特點(diǎn)：它極其神秘！每次傳遞的信息量非常小，平均每次突觸釋放的谷氨酸分子只有區(qū)區(qū)500個(gè)左右，而且它出現(xiàn)得快，消失得也快，比閃電還難以捕捉。以前的科學(xué)技術(shù)，根本無(wú)法直接追蹤如此微量、高速的谷氨酸信號(hào)。

我們只能通過(guò)神經(jīng)元最終有沒(méi)有“放電”來(lái)間接推測(cè)谷氨酸的活動(dòng)，就像你只看到一個(gè)包裹送達(dá)了，卻不知道快遞員長(zhǎng)什么樣，走了哪條路。而iGluSnFR4，就像給這個(gè)“快遞員”裝上了一個(gè)發(fā)光標(biāo)簽。

它對(duì)谷氨酸的敏感度極高，哪怕只有一點(diǎn)點(diǎn)谷氨酸出現(xiàn)，它就會(huì)立刻發(fā)出熒光，就像在黑暗中點(diǎn)亮了一盞霓虹燈。

艾倫研究所的科學(xué)家卡斯帕·波德戈?duì)査够┦啃蜗蟮乇扔鞯溃骸耙郧把芯看竽X，就像讀一本單詞全打亂的書(shū)，根本看不懂，現(xiàn)在有了這個(gè)探針，我們既能看到神經(jīng)元在‘說(shuō)’什么，還能聽(tīng)到它們‘聽(tīng)’到什么，終于能把零散的單詞連成通順的句子了！”

最嚴(yán)苛的考驗(yàn)：讓“死寂”大腦開(kāi)口說(shuō)話

光說(shuō)不練假把式。為了證明iGluSnFR4的“神通廣大”，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)非常嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)。他們甚至用河豚毒素來(lái)抑制神經(jīng)元的“放電”功能，讓大腦處于一種極度“安靜”的狀態(tài)，也就是說(shuō)，理論上聽(tīng)不到任何“大喊大叫”的電信號(hào)了。

即便在這樣的“死寂”環(huán)境中，iGluSnFR4依然不負(fù)眾望，精準(zhǔn)地捕捉到了單個(gè)囊泡自發(fā)釋放谷氨酸時(shí)的微弱熒光閃爍。

這相當(dāng)于在沒(méi)有任何“噪音”干擾的情況下，成功記錄下了活體腦組織里單個(gè)突觸的細(xì)微活動(dòng)。這意味著，我們現(xiàn)在可以繪制出神經(jīng)元處理信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖，其精度比以往任何時(shí)候都提高了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)！

不只為了好奇：照亮神經(jīng)疾病的“迷霧”

這個(gè)“超高精度助聽(tīng)器”可不僅僅是為了滿足科學(xué)家的好奇心。它的出現(xiàn)，為破解許多困擾人類的神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來(lái)了曙光。你知道嗎？谷氨酸信號(hào)的異常，是阿爾茨海默病、精神分裂癥、抑郁癥、癲癇等多種重大疾病的核心誘因。

比如，在阿爾茨海默病患者的大腦中，谷氨酸可能會(huì)過(guò)度興奮，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞受損甚至死亡，而癲癇發(fā)作，也與神經(jīng)元的異?！胺烹姟焙凸劝彼嵝盘?hào)失調(diào)息息相關(guān)。

以往，醫(yī)生診斷這些疾病，通常依賴于抽血化驗(yàn)或腦部掃描等間接手段，就像隔著一層厚厚的霧氣看東西，總是看不真切?，F(xiàn)在有了iGluSnFR4，我們就像擁有了“高清夜視儀”，可以直接“透視”到患病大腦在突觸層面的具體“通訊故障”。

舉個(gè)例子，在自閉癥模型小鼠身上，科學(xué)家們已經(jīng)能夠精準(zhǔn)地找到是哪條神經(jīng)回路的輸入信號(hào)出現(xiàn)了“噪音”或者“斷連”。這種前所未有的洞察力，將為我們開(kāi)發(fā)出更精準(zhǔn)、更具靶向性的治療方案，指明了方向。

加速“靈丹妙藥”的誕生：醫(yī)藥研發(fā)的革命

對(duì)于制藥行業(yè)而言，iGluSnFR4的問(wèn)世更是一個(gè)重大利好消息。過(guò)去，藥物篩選就像“黑箱測(cè)試”，只能大致觀察藥物對(duì)細(xì)胞存活率或整體電活動(dòng)的影響，卻不清楚它具體是如何作用于神經(jīng)元之間精微的化學(xué)通訊的。這導(dǎo)致了漫長(zhǎng)、昂貴且常常失敗的研發(fā)過(guò)程。

但現(xiàn)在，有了iGluSnFR4，研發(fā)人員可以直觀地看到候選藥物是如何影響突觸間隙谷氨酸濃度的，這相當(dāng)于直接打開(kāi)了那個(gè)“黑箱”！這樣一來(lái)，那些無(wú)效的或者副作用大的化合物就能在研發(fā)早期就被迅速淘汰，從而大大縮短新藥的研發(fā)周期，讓真正有效的“靈丹妙藥”能更快地走到患者身邊。

值得一提的是，iGluSnFR4的誕生，并非某個(gè)“單打獨(dú)斗”的天才科學(xué)家靈光一現(xiàn)。它是霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所和艾倫腦科學(xué)研究所這兩個(gè)頂尖科研機(jī)構(gòu)，精誠(chéng)合作、接力攻關(guān)的結(jié)晶。

霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的團(tuán)隊(duì)專注于蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，讓它變得更靈敏、反應(yīng)更快，而艾倫研究所則利用他們世界領(lǐng)先的活體顯微成像技術(shù)，在真實(shí)的腦部環(huán)境中，一遍又一遍地測(cè)試這些分子的性能。

更令人振奮的是，這種新型探針已經(jīng)通過(guò)非營(yíng)利性質(zhì)的質(zhì)粒庫(kù)Addgene向全球開(kāi)放，這意味著任何實(shí)驗(yàn)室都能免費(fèi)獲取并使用這項(xiàng)前沿技術(shù)。這種開(kāi)放共享的科學(xué)精神，將極大加速全球神經(jīng)科學(xué)研究的進(jìn)程。

探索無(wú)止境：打開(kāi)大腦奧秘的新篇章

可以預(yù)見(jiàn)，當(dāng)iGluSnFR4這個(gè)“超級(jí)助聽(tīng)器”在全世界的實(shí)驗(yàn)室中普及開(kāi)來(lái)時(shí)，神經(jīng)科學(xué)研究將迎來(lái)一場(chǎng)真正的革命。我們過(guò)去對(duì)大腦的理解，可能真的只是冰山一角。這個(gè)微小的探針，為我們提供了一個(gè)前所未有的視角，去窺探大腦這個(gè)宇宙中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

從現(xiàn)在開(kāi)始，我們終于可以開(kāi)始真正“聽(tīng)懂”大腦的“悄悄話”，去探索它那比我們想象中更精彩、更復(fù)雜的化學(xué)世界。這僅僅是揭示大腦奧秘的開(kāi)始，未來(lái)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，將更加令人期待！