人们可以从死后的大脑切片中提取生前的信息吗，此类研究有哪些应用价值？ Owl of Minerva，Hic Rhodus, hic salta 作为计算神经科学、神经解剖学、神经物理学、免疫生物化学专业人员觉得有责任和必要回答这个问题。 我分两个部分来回答 (1) 关于这篇新闻： 结论：这篇文章(Selective corticostriatal plasticity during acquisition of an auditory discrimination task)[1] 所做的研究跟新闻(Nature：死后大脑会泄露你的秘密？)中所说的「死后通过大脑切片提取生前信息」关系不是太大。 论文所做的研究是通过训练大鼠的听觉能力，锻炼大鼠大脑的相关区域，使相关区域特定神经元的数量得到对应程度的增加。 反过来，通过发现大鼠脑组织中相关区域的特定神经元数量的水平，可以以一定准确性推断生前受到的听觉刺激或者参与听觉任务的频繁程度。当然，这是论文中没有做的，但是是可以自然而然推倒的结论。至于什么时候参与何种听觉活动，则是不可能推论出来的。这虽然算是「提取生前的信息」，但是跟提取生前特定时间参与特定任务的信息不是一回事。 这篇论文的研究意义在于通过脑组织切片特定神经元研究高度可信的结论，论证了大家在脑科学方面一直在谈论的脑的可塑性，并且这种可塑性具有非常定向的特征——特定方面的任务直接对应特定神经元的数量。 在推断特定人参与特定任务的频繁程度方面，目前脑科学的研究水平已经不需要做大脑的切片，而只需要扫一个 MRI（磁共振）即可。然后通过特定区域的或者区域间的体积和连接特征，即可以一定的可靠性判断该人是否音乐家或者别的特定职业[2]。 (2) 大脑切片能提供哪些信息（该部分所有图片均为本人提供，保留版权，请勿转载） 不妨先来看看大脑切片的整个处理过程： 首先需要在捐献者死亡之后尽快提取大脑组织，以尽量避免腐败造成损坏。由于头骨非常结实，而时间又紧迫，跟开颅手术相比该操作不免更加暴力。在提取脑组织之后，要将其放在福尔马林中固化。福尔马林的主要成分是甲醛，它会使蛋白质变性，因而打断了腐败过程。但是它同时也不可避免的会使脑组织发生其他的变化。因此为了做切片，需要将脑组织浸泡在福尔马林中，但是又不能时间太长。浸泡时间以一到三个月为宜。 在浸泡至少一个月，确保整个脑组织的蛋白质变性之后（这时候脑组织的密度会发生变化，大脑会由最初的漂浮状态变为下沉状态），就可以做下一步的处理。一般对切片来说，切片的体积小一点比较好。如非必须不用做全脑的切片，不然的话每个切片的面积会过于巨大，对后续的处理造成特别多的麻烦。这时候就该先切取特定的区域： 首先切为左右两个半脑： 去除脑膜组织，再切取想要的特定区域，比如下丘脑： 切取的下丘脑： 这就是想要的组织了，对于这块组织，在做切片之前，你可能还需要把它放在 MRI 里面扫描一下，以获得原始的三维信息。 为此，需要把它放入特定的溶液和容器之中，并用特定的物质固定好，然后用封口胶封实： 然后进入漫长的扫描过程： 得到数据并处理，可以得到特定的信息[3]： 确认数据无误之后，就可以做切片了。把组织放入蔗糖溶液中，并在 -30 摄氏度冰冻起来： 现在可以开始切了，这一步跟操作机床(磨床)类似，切好的组织放入培养板中并编号： 以及漫长的染色过程，染色技术主要包括络合物染色技术和免疫生化染色技术两类 染色完成做成显微切片，就可以永久保存了(下图中不同的颜色对应不同的染色技术) 当然，还可能需要将切片使用显微镜扫描以电子化 电子化的切片可以经由数字图像处理，跟之前做的 MRI 图像做比对。切片提供的信息是脑科学研究的 Ground Truth. 计算神经科学方面的结论，其基础依据只有通过组织切片才能得到验证。毕竟电脑处理 EEG/ 磁共振 / 近红外 /MEG 等方面的数据有太多自由度，即使是很简单的组间统计数据处理都有很多蹊跷的地方。 通过上面的处理过程，大脑中的蛋白质都被破坏，神经递质和 RNA/DNA 等都受损严重，打算从这里提取记忆信息恐怕是没什么可能，除非改变处理方法，但是目前还没有一种能够在保持蛋白质 / 神经递质活性的情况下做切片的技术。 这并非是说切片是没有多大作用。相反，切片是非常重要的，它提供了一个从根本上解释神经科学 / 心理学 / 解剖学问题的机会。比如可以直接的看出特定神经元的位置数量和相互之间的连接情况，据此导出它们的工作机制，终结许多似是而非但大行其道的心理学模型（很不幸，目前心理学中的大部分模型属于此类）的命运。 在个体上，我们可以根据切片以一定可信度判断该被试生前哪些神经功能比较强、性别、参与的工作、可能罹患的疾病、是否饮酒吸烟、生命最后阶段的睡眠情况等信息。 以上。 -------- [1] Xiong, Qiaojie, Petr Znamenskiy, and Anthony Zador. "Selective corticostriatal plasticity during acquisition of an auditory discrimination task." bioRxiv (2014): 010066. [2] Schlaug, Gottfried. "The brain of musicians." Annals of the New York Academy of Sciences 930.1 (2001): 281-299. [3] W,M. "Ultra-high Field Diffusion Tensor Imaging of Human Hypothalamus". OHBM (2015). 查看知乎原文
