科学家发现大脑中隐藏的“分区地图”，共539个不同区域

虽然脂质是大脑功能的基础，但科学家一直难以弄清楚不同类型脂质在脑内的具体位置。传统成像技术难以分辨单个脂质分子，使人们无法全面了解大脑的化学结构。洛桑联邦理工学院营养与代谢领域的教授乔瓦尼·丹杰洛说，此前科学家只能看到不同脑区脂质差异的模糊图像；这一空白很重要，因为大脑脂质变化正越来越多地与抑郁症、阿尔茨海默病等疾病联系在一起。如今，洛桑联邦理工学院的丹杰洛、卢卡·富萨尔·巴萨尼和乔埃尔·拉曼诺团队迈出了填补这一空白的重要一步。他们绘制出一幅详细的小鼠大脑脂质分布图谱，显示这些分子以高度有序的方式排列。有些分布与人们熟悉的解剖结构一致，有些则揭示出以往方法忽略的化学边界。由于这些脂质模式非常鲜明，研究人员仅通过一块脑组织的脂质组成，就可能判断它来自大脑的哪个位置。该成果发表在《自然》上。为了构建这份图谱，研究人员使用质谱成像技术，在薄脑片上识别脂质分子。激光逐点扫描每一片组织，获得某种脂质是否存在以及它位于何处的详细信息。团队分析了109张脑片、11只小鼠中的172种脂质，产生约700万次测量，并用专门开发的机器学习工具整合为完整的三维重建。最终图谱显示出539个化学上不同的区域，研究人员称之为“脂区”。每个区域都有特征性的脂质组合，形成可识别的化学指纹。其中许多区域对应已知的脑结构和细胞类型；另一些则揭示了某些神经细胞群与远端脑区之间通过神经纤维相连的意外关系，而这些关系在基于基因活动的图谱中常常难以发现。丹杰洛说，脂质就像邮政编码一样，给远处但相互关联的脑区提供了相同的化学地址。新图谱还挑战了过去对大脑分区的认识。此前被认为相对均匀的脑区内部，存在出乎意料的差异。一个突出例子是白质，即含有连接不同脑区的神经纤维的组织。白质并非化学组成大体一致，而是包含许多不同的脂质分区。富萨尔·巴萨尼说，这说明生成髓鞘的细胞在化学上的差异，远比仅看基因所显示的更大。研究人员还在脉络丛以及衬覆大脑内部空腔的组织中，发现了此前未被认识的化学边界；脉络丛负责生成脑脊液。综合这些结果，脂质测绘能够揭示大脑组织中仅凭解剖结构或遗传信息无法发现的重要特征。除了刻画大脑化学结构，图谱还提供了孕期脑结构变化的新线索。研究人员检查怀孕小鼠时发现，许多脑区的脂质组成发生显著变化；总体而言，这些变化比通常观察到的雄鼠与雌鼠之间脂质差异更加明显。大脑外层的皮层变化尤为广泛；同时，髓鞘的重要成分半乳糖神经酰胺在大脑白质许多区域的水平急剧上升。这些结果提示，妊娠会带来大脑化学成分的显著改变，可能帮助神经连接适应身体不断变化的需求。拉曼诺说，这些变化共同表明大脑在重新调整自身布线，以满足妊娠带来的需求；图谱显示大脑会不断调整脂质，以满足身体变化的需要。该脂质脑图谱已免费公开上线，让全球科学家可以研究这一此前难以探索的大脑生物学层面。通过将脂质信息与已有的基因和细胞图谱结合，研究人员能够更全面地理解大脑如何组织，以及其化学结构如何随时间变化。这份图谱也建立了健康小鼠脑组织的详细参考，可用来研究脂质分布异常如何影响大脑发育、衰老以及阿尔茨海默病和抑郁症等疾病。尽管小鼠大脑图谱不能直接用于人类，但绘制它的方法可以帮助研究者发现人类大脑中类似的模式。富萨尔·巴萨尼说，能够推广到人类的是方法，以及我们现在已知健康大脑具有高度有序的脂质图谱这一事实。