和人類的大腦相比，果蠅的大腦和一粒小米差不多。要看清果蠅大腦內(nèi)部的構(gòu)造，光是想想都覺得不可思議。

科學(xué)家卻從嬰兒尿不濕獲得靈感，成功對果蠅的大腦進行了成像，清晰度可達到納米級。

首先，果蠅聽起來就很討厭，和人類完全搭不上邊嘛，為什么要費盡心思研究果蠅的大腦吶？

果蠅個頭雖小，卻不是簡單的低等昆蟲。我們?nèi)祟惿眢w里有一類專門調(diào)控生物形體的基因，一旦這些基因突變，身體的一部分就會變形(請自行腦補驚悚科幻美劇X檔案中的蜥蜴人)。很巧，果蠅身體里也有這樣的基因，而且它們的基因排列方式與人類驚人地相似。所以，從基因上來說，果蠅是人類的姑媽的同事的鄰居的閨女的二大爺。

另一方面，果蠅在生理體征上與人類也有很多意想不到的相似之處。

果蠅在進化過程中與人類擁有共同的生存條件，同樣來自非洲，同樣是雜食動物，也喜歡吃甜食。而雄性果蠅向異性求愛屢屢受挫的話，它們傾向于吃更多含酒精的食物來麻痹自己傷痕累累的心。但是如果給這些雄性果蠅每天都喝酒，他們會放棄向雌性求偶，反過來會積極地追求雄性果蠅。（好吧，找不著女盆友的男性朋友們，喝點酒吧，不僅可以忘記煩惱，還能讓你擁有男朋友?。?/p>

還有一點，果蠅的繁殖能力超強，對于每天都在實驗室燒錢的科學(xué)家來說，果蠅真是一種價格實惠、不挑食、不作妖、生命力頑強的可愛小生靈呢。

作為人類資深的遠房親戚，小小果蠅幫助科學(xué)家獲得四次諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎，研究遍及遺傳學(xué)、發(fā)育、生物節(jié)律等。生命世界如此多樣和復(fù)雜，果蠅這種既簡約又豐富的模型動物給了科學(xué)家一個完美的切入口。

那么，問題來了，科學(xué)家用什么神操作來看清果蠅的大腦？

養(yǎng)過娃或者女性朋友們可能會比較容易理解這種科技。姨媽巾或者尿不濕里有一種凝膠，鎖水效果杠杠的，這就是科學(xué)家最初的靈感來源。

他們開發(fā)了一種吸水膨脹的類似尿不濕里的聚丙烯酰胺凝膠，將果蠅大腦包埋在這種凝膠后，加上幾滴水，果蠅大腦在長、寬、高的維度上各等比膨脹擴大2倍（體積擴大了8倍），同時大腦內(nèi)部包含神經(jīng)細胞在內(nèi)的結(jié)構(gòu)的相對位置不變，此時再用常規(guī)顯微鏡觀察果蠅大腦。這種技術(shù)稱為“膨脹顯微鏡”。

所以說，黑科技來源于生活，卻又高于生活。

另一種顯微鏡的神助攻

雖然膨脹顯微鏡有助于精細結(jié)構(gòu)的成像，但腦組織在膨大后很難對深埋其中的部分進行成像，而且增強光源會帶來光褪色效應(yīng)從而破壞做標記的熒光蛋白。因此對于膨大腦組織的快速成像是一個非常大的挑戰(zhàn)。這時2014年諾貝爾化學(xué)獎得主Betzig教授的晶格層光顯微鏡（lattice light-sheet microscope）便成為了神勇救兵。這種顯微鏡每次僅僅照亮超級薄的一層組織，對樣品損害小，光褪色少，并能快速成像！這恰恰彌補了膨脹顯微鏡技術(shù)的缺憾。

結(jié)合了“膨脹顯微鏡”和“晶格層光顯微技術(shù)“，研究人員竟能在顯微鏡下看清神經(jīng)元上的超精細結(jié)構(gòu)——樹突棘。這種精細結(jié)構(gòu)仿佛一顆顆小蘑菇，生長在神秘的綠色森林中。

這個研究的最大亮點之一，就是對完整果蠅大腦的超清晰和超快速的成像分析。這些圖像清晰度能高達60納米(僅為電子顯微鏡分辨率的十分之一)，僅用3天即可完成成像。從每個果蠅大腦中研究人員都獲得了大約50000個立體圖像，隨后計算機再把這些立體圖像拼成一個完整的果蠅大腦。他們共研究了1500多個樹突棘，觀察了保護神經(jīng)細胞的髓鞘，標記了所有的多巴胺神經(jīng)元，并數(shù)清了整個果蠅大腦中的突觸。

“如果你讓它膨脹10到15倍，科學(xué)家就可以拋棄電子顯微鏡了。因為我們的技術(shù)快得多，而且更便宜?！?/strong>

這項劃時代的研究為神經(jīng)科學(xué)提供了極其重要的工具，它將協(xié)助科學(xué)家探索不同神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)成，疾病如何影響大腦等。

參考資料

【1】http://science.sciencemag.org/content/363/6424/eaau8302

【2】Wassie AT*, Zhao Y*, Boyden ES (2018) Expansion microscopy: principles and uses in biological research, Nature Methods 16(1):33-41.?

【3】http://news.mit.edu/2017/microscopy-technique-could-enable-more-informative-biopsies-0717

【4】http://blog.sciencenet.cn/blog-236900-582102.html

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