每个RNA条形码对应一个神经元，可指示神经元在大脑中的连接位置。图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校
发表于最新一期《自然·方法》期刊的研究，报告了一种革命性的脑科学绘图技术，能够以前所未有的速度和单突触分辨率为神经元贴上“条形码”，精准绘制小鼠大脑中数千个神经元之间的完整连接图谱。这项技术将极大推动人类对大脑复杂网络的理解，标志着脑科学研究向系统性、高通量解析大脑完整连接结构迈出了关键一步，为最终揭示意识、思维及神经系统疾病的深层奥秘打开了一扇新大门。
人类大脑包含数百亿个神经元，它们之间又通过数以百万亿计的突触连接，形成极度复杂的“社交网络”。理解这些连接的结构，即“连接组”，是揭示大脑如何工作以及疾病如何破坏其功能的关键。然而，传统绘制方法，如将大脑切成薄片进行显微成像和三维重建，过程极其耗时费力。而新兴的基于基因测序的标记技术，虽能一次追踪数千个神经元，却通常只能显示它们的走向，无法精确揭示神经元之间形成功能性突触的具体“伙伴”关系。
为了突破这一瓶颈，由美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导的研究团队，开发了名为“Connectome-seq”的创新平台。该技术的核心是将神经连接问题转化为可大规模测序的分子配对问题。其工作原理类似于为每个神经元赋予独特的分子“条形码”，再由一种特殊的蛋白质运输这些RNA条形码，当两个神经元形成突触连接时，它们各自的RNA条形码便会在此“相遇”。
接下来，团队收集脑组织，分离出这些含有成对条形码的突触连接点。通过高通量测序技术，他们能够一次性读取海量数据，识别出哪些特定的条形码组合频繁地一起出现。通过这种方式，可以大规模、高通量地重建出神经元之间精确的连接图谱。
团队已利用该技术绘制了小鼠大脑中连接两个不同脑区的回路，涵盖了超过千个神经元。结果不仅验证了已知的连接，更揭示了此前未知的连接模式，包括某些在成年大脑中未被认为存在直接“对话”的细胞类型之间，实际上存在着突触联系。
这一技术的优势在于其前所未有的速度和规模。随着技术的持续优化，最终目标是绘制整个大脑的连接组，这将从根本上改变神经科学家探索大脑的方式。
点 评：
正如设计或修复计算机需要了解其电路图一样，理解、治疗或优化大脑功能，也同样需要一张尽可能详尽的“接线图”。“Connectome-seq”技术应用前景广阔，尤其在疾病研究领域。这是因为它具备可大规模比较的特性，科学家能够系统对比健康大脑与处于不同发展阶段的疾病大脑在连接组上的差异，帮助精准定位神经系统疾病最早期的薄弱环节。例如，在阿尔茨海默病中，识别出最早发生的连接崩溃，就等于有了靶点，有望开发出保护或强化这些脆弱连接的干预手段，从而真正延缓甚至阻止疾病的进程。
