Nature：科学家揭开了一张隐藏的大脑地图，其中有539个不同的区域

科学家们通过绘制第一张详细的大脑脂质3D地图，发现了大脑中隐藏的组织层。脂质是大脑结构和沟通所必需的脂肪分子。通过分析小鼠大脑的数百万个测量值，研究人员确定了539个不同的化学区域，揭示了传统大脑地图所遗漏的模式和边界。令人惊讶的是，即使是曾经被认为是相对统一的白质，也包含了化学上不同区域的复杂拼凑。

　　

科学家们花了几十年的时间研究大脑的细胞、连接、基因和蛋白质。然而，大脑生物学的另一个重要部分却很少受到关注：脂质。这些脂肪分子构成了神经元周围的膜，有助于髓鞘绝缘，保护神经纤维，并在脑细胞之间的交流中发挥重要作用。

尽管脂质是大脑功能的基础，但科学家们一直在努力确定不同类型的脂质位于何处。传统的成像技术不能轻易区分单个脂质分子，这给我们对大脑化学组织的理解留下了一个重大空白。

“因此，科学家们对大脑不同部位的脂质差异只有一个模糊的认识，”EPFL营养与代谢克里斯蒂安·格哈德·捷成基金会主席乔瓦尼·德安吉洛教授说。这一差距很重要，因为脑脂质的变化与抑郁症和阿尔茨海默病等疾病的关系越来越密切。

现在，EPFL的研究人员已经朝着填补这一空白迈出了重要的一步。由D’angelo、Luca Fusar Bassini和Gioele La Manno领导的一个研究小组绘制了一张详细的地图，展示了脂质在小鼠大脑中的分布情况。

他们的脂质脑图谱显示，这些分子以高度有组织的模式排列。其中一些与熟悉的解剖结构相匹配，而另一些则揭示了以前的方法所忽略的化学边界。这些模式是如此独特，以至于研究人员可以简单地通过检查其脂质组成来确定脑组织样本的来源。

研究结果发表在《自然》杂志上。

科学家发现大脑中有539个不同的化学区域

为了构建图谱，研究人员使用了质谱成像技术，这种技术使他们能够识别脑组织薄片上的脂质分子。激光一次扫描每个切片的一个位置，产生关于存在哪些脂质以及它们在哪里被发现的详细信息。

研究小组从11只小鼠的109个脑切片中检测了172种不同的脂质。这产生了大约700万次测量，科学家们使用专门为该项目开发的机器学习工具将这些测量结果结合成一个全面的3D重建。

由此产生的图谱揭示了539个化学上不同的区域，研究人员将其命名为“脂质区”。每个区域都有脂质的特征组合，创造了一个可识别的化学特征。

这些区域中的许多与已建立的大脑结构和细胞类型相对应。另一些则揭示了神经细胞体群和由其纤维连接的遥远区域之间意想不到的关系。这种联系通常很难用基于基因活性的图谱来检测。

“实际上，脂质就像邮政编码一样，给大脑中相距遥远但相关的部分提供了相同的化学地址，”D’angelo说。

隐藏的化学模式挑战了以前的大脑地图

新的图谱还揭示了科学家们以前认为相对统一的大脑部分的惊人差异。

一个显著的例子是白质，白质中含有连接大脑不同区域的神经纤维。白质并没有大体一致的化学成分，而是含有许多不同的脂质区。

Luca Fusar Bassini说：“这表明，制造髓磷脂的细胞在化学成分上的差异远远超过其基因本身所显示的差异。”

研究人员还在脉络膜丛（负责产生脑脊液的结构）以及大脑内腔的组织中发现了以前未被识别的化学边界。

总之，这些发现表明，脂质定位可以揭示大脑组织的重要特征，这些特征仅从解剖学或遗传信息中是不明显的。

怀孕引发脑脂质的广泛变化

除了确定大脑的化学结构外，该图谱还提供了关于该结构在怀孕期间如何变化的新见解。

当研究人员检查怀孕的小鼠时，他们发现许多大脑区域的脂质组成发生了实质性的变化。总的来说，这些变化比在雄性和雌性小鼠之间观察到的典型脂质差异更为明显。

形成大脑外层的皮层表现出特别广泛的变化。与此同时，半乳糖神经酰胺（髓磷脂的重要组成部分）的水平在大脑大部分白质中急剧上升。

这些发现表明，怀孕涉及大脑化学成分的重大变化，可能有助于其神经连接适应身体不断变化的需求。

“总之，这些变化表明，大脑重新调整了自己的线路，以满足怀孕的需要，”Gioele La Manno说。《地图集》显示，大脑不断调整其脂质，以满足身体不断变化的需求。

了解大脑衰老和疾病的新工具

脂质脑图谱是免费在线提供的，允许世界各地的科学家探索这个以前难以研究的脑生物学方面。

通过将脂质信息与现有的遗传和细胞图谱相结合，研究人员可以更全面地了解大脑是如何组织的，以及它的化学成分是如何随时间变化的。

该图谱还建立了健康小鼠脑组织的详细参考。科学家们可以用它来研究脂质分布的破坏如何导致大脑发育、衰老以及阿尔茨海默病和抑郁症等疾病。

虽然特定的小鼠大脑图谱不能直接应用于人类，但用于创建它的方法可以帮助研究人员发现人类大脑中类似的模式。

卢卡·富萨尔·巴西尼说：“传递给人类的不是地图，而是方法，以及我们现在知道健康的大脑具有非常有组织的脂质地图这一事实。”

通过将脂质信息与现有的遗传和细胞图谱相结合，研究人员可以更全面地了解大脑是如何组织的，以及它的化学成分是如何随时间变化的。

该图谱还建立了健康小鼠脑组织的详细参考。科学家们可以用它来研究脂质分布的破坏如何导致大脑发育、衰老以及阿尔茨海默病和抑郁症等疾病。

虽然特定的小鼠大脑图谱不能直接应用于人类，但用于创建它的方法可以帮助研究人员发现人类大脑中类似的模式。

卢卡·富萨尔·巴西尼说：“传递给人类的不是地图，而是方法，以及我们现在知道健康的大脑具有非常有组织的脂质地图这一事实。”