大脑是怎么变老的？50亿个脑细胞连接点揭示大脑终生变化

近日，来自英国爱丁堡大学（University of Edinburgh）的一支科研团队在顶尖学术期刊《科学》上展示了一组惊人的大脑图像。这些图像描绘了小鼠在一生的不同年龄段，整个大脑中50亿个神经细胞连接点的细节。科学家们相信，这份图谱将为我们提供大脑老化的线索，揭示记忆如何受到年龄的影响，并为理解学习障碍和痴呆症等提供洞见。

这些大脑图像中的“主角”被称为突触，它们是神经细胞之间重要的连接点，传递电信号和化学信号，形成大脑的神经环路。动物与生俱来的行为和后天学习的行为都受到突触的分子组成所控制。突触的变化是记忆形成和储存的基础，突触损伤已知与130多种脑部疾病有关。

在这项工作中，科研人员以单个突触的分辨率，分析了小鼠从出生到成年再到老年的整个大脑中，兴奋性突触的分子多样性和形态多样性，比较各个脑区的突触在主要鼠生阶段如何变化。

“大脑是我们所知的最复杂的东西，从这个细节层面上理解它是一个重大的进步。“这项研究的主要负责人、爱丁堡大学临床脑科学中心的Seth Grant教授表示。

▲在大脑切片上用不同颜色标记出不同的突触分子（图片来源：参考资料[3]）

▲成年小鼠的一张全脑剖面图，不同颜色点显示出突触的多样性（图片来源：参考资料[2]；Credit: Seth Grant University of Edinburgh）

研究人员用不同的荧光标记对突触中表达的蛋白分别进行标记，从而可以区分不同突触的分子构成，也可以标记出不同类型突触的数量。

从图像中可以看到，整个一生，大脑所有区域的突触组成发生着连续的变化。成年小鼠的脑中，图像色彩最为丰富，意味着突触的多样性最大。相比之下，非常年幼和非常年老的大脑中，突触的数量都要更少，复杂性也都要更低。

▲成年小鼠（上图）的大脑中，突触的类型更丰富；幼年小鼠（下图）的大脑中，突触的多样性较低（图片来源：考资料[2]；Credit: Seth Grant University of Edinburgh）

爱丁堡大学的研究人员指出，通过这些突触组成的时空变化，我们可以探索基因为什么会在特定年龄、特定脑区造成突触损伤。精神分裂症往往在青春期就开始，痴呆症通常影响老年人，“我们相信，这些发现将有助于理解，为什么大脑在生命的不同时期容易受到特定疾病的影响，以及随着年龄的增长，大脑是如何变化的。” Grant教授说。

参考资料

[1] Mélissa Cizeron et al., (2020) A brain-wide atlas of synapses across the mouse lifespan. Science. DOI: 10.1126/science.aba3163

[2] Clues to ageing come to light in vivid snapshots of brain cell links. Retrieved Jun 12, 2020, from https://www.ed.ac.uk/news/2020/clues-to-ageing-brain-cell-links