科學家發明新技術可使老鼠大腦變透明 _可使

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通過“CLARITY”變形技術，小鼠的大腦(左)可以變成透明，但仍然完好的狀態(右) 。

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CLARITY技術實現了完整的小鼠大腦成像

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透明小鼠的大腦圖像，顯示了海馬區域的特征在好萊塢電影《隱形人》里面，主角格里芬在自己身上進行了神秘的實驗，使自己變成了隱形人；而在漫畫《神奇四俠》中，隱形女因為突然遭受宇宙射線的輻射而意外得到超能力，能控制光波使自己和他人隱形。現在，在斯坦福大學，一項名為“CLARITY”的新技術卻能使老鼠的大腦變得透明。
老鼠是非常常見的生物學實驗動物，但科學家在研究它們不透明的大腦時卻感到十分困擾。如果你要在大腦中尋找某種蛋白質，如淀粉樣β蛋白(引起阿爾茨海默癥的蛋白)的位置，我們很容易就可以把熒光分子接到蛋白質上——這一過程成為免疫標記——但由于大腦是不透明的，你就必須將它切成很薄的切片，然后才能觀察這些發光的標記，最后將這些切片上的信息在電腦里重新組合。
如果能發明一項使大腦變透明的技術，以上這些繁瑣的問題就可以迎刃而解，而這也正是 Kwanghun Chung所做到的。他與斯坦福大學卡爾·戴瑟羅特(Karl Deisseroth)博士領導的科學小組合作，研制出了一種名為“CLARITY”的新技術。該技術不僅能使大腦變得透明，更重要的是，它能保證大腦中最重要的組成部分保持在原位。每一個神經元、蛋白質、脫氧核糖核酸(DNA)鏈以及化學信號物質都鎖定在原來的位置，做了標記的分子如抗體或熒光標記等都能輕松地進行檢測。
一開始，Chung利用甲醛和丙烯酰胺混合溶液來保存一個分離的冷藏大腦標本。甲醛將大腦中大部分的分子如蛋白質和DNA等與丙烯酰胺連接起來，當加熱到體溫時就變成一個硬化的透明膠體。然后，Chung給大腦標本通上一股電流，將沒有連接到膠體上的東西除去。整個過程有點像用鉛筆繪制一個場景，然后把邊緣擦去。
經過這番處理，我們就得到了一個透明的老鼠大腦。它包括了每一個細胞的內容物，卻去掉了細胞的輪廓。它之所以透明，是因為去除了能散射并反射光線的脂類。這些脂類也起著屏障的作用，去除之后，我們就可以往透明的大腦里注入標記分子。“你可以對整個組織進行拍攝，然后再重建為三維模式， ”Chung說，“而不需要去做切片。”我們可以使大腦中某一類型的神經元發出黃綠色的熒光，然后以大腦整體的角度觀察神經元的位置，而不必再用不透明的切片進行重組。
這里還有另一張透明的小鼠大腦圖像。你可以看到海馬區域的特征，該區域與學習、記憶和空間導航能力有關。每一種顏色代表著一種連接在大腦分子上的標記。“CLARITY技術使免疫標記和大批量成像成為可能，或許將取代超薄切片，”麻省理工學院的Sebastian Seung說，“從大腦中獲得的信息很大部分來自染色標記。”
與常規的染色-切片方法相比，CLARITY技術節省了時間和精力，其獲得的結果也更清晰，因為在對大腦進行切片的時候，難免會對科學家想要研究的組織造成損傷。這項技術也提供了新的可能性。在此之前，如果你在大腦里注入一個標記，你必須將標本解剖才能獲得結果。如今，科學家可以在“透明化”的大腦上增加更多的標記。如果有了某些有趣的進展，你還可以繼續在同樣的完整大腦上進行實驗。