创伤性脑损伤后的大脑地图
在美国，每年有近200万美国人遭受创伤性脑损伤(TBI)。幸存者可能会有终生的身体、认知和情感残疾。目前，还没有治疗方法。
神经科学家面临的最大挑战之一是充分了解创伤性脑损伤是如何改变不同细胞和大脑区域之间的相互作用的。
在这项新研究中，研究人员改进了一种名为iDISCO的工艺，该工艺使用溶剂使生物样本透明。这个过程会留下一个完整的大脑，可以用激光照射，用专门的显微镜进行3D成像。
随着大脑清理过程的增强，UCI团队绘制了整个大脑的神经连接图。研究人员专注于与抑制性神经元的连接，因为这些神经元在脑损伤后非常容易死亡。研究小组首先观察了负责学习和记忆的大脑区域海马体。然后，他们研究了与海马体一起工作的前额叶皮层。在这两种情况下，成像显示，抑制神经元在TBI后从邻近的神经细胞获得了更多的连接，但它们与大脑的其他部分断开了连接。
UCI医学院的解剖学和神经生物学副教授、癫痫研究中心主任 Robert F. Hunt博士(他的实验室进行了这项研究)说:“我们早就知道，不同脑细胞之间的交流在受伤后会发生非常显著的变化，但直到现在，我们还不能看到整个大脑发生了什么。”
为了更仔细地观察受损的大脑连接，Hunt和他的团队设计了一种技术，可以逆转清除过程，用传统的解剖方法探测大脑。
这一发现令人惊讶地表明，在受损的大脑中，远处神经细胞的长投影仍然存在，但它们不再与抑制性神经元形成连接。
该研究的第一作者之一、研究生Alexa Tierno解释说:“看起来整个大脑都在仔细地重新连接，以适应损伤，而不管该区域是否有直接损伤。但大脑的不同部分可能不像受伤前那样协同工作。”
然后，研究人员想确定抑制神经元是否有可能与遥远的大脑区域重新连接。为了找到答案，Hunt和他的团队将新的中间神经元移植到受损的海马体中，并绘制它们之间的联系，这是基于团队早期的研究，该研究表明，中间神经元移植可以改善TBI小鼠的记忆和停止癫痫发作。
新的神经元从大脑各处获得了适当的连接。虽然这可能意味着有可能诱使受伤的大脑自行修复这些失去的连接，但Hunt说，了解移植的中间神经元如何整合到受损的大脑回路中，对于未来使用这些细胞进行大脑修复的任何尝试都是至关重要的。
“我们的研究是一个非常重要的补充，我们的理解如何抑制祖细胞有一天可以用于治疗TBI，癫痫或其他大脑疾病，” Hunt说。“一些人提出，神经元间移植可能通过释放未知物质来增强先天再生能力，从而恢复大脑的活力，但我们发现，新的神经元真的是与大脑紧密相连的。”
Hunt希望最终能开发出治疗脑外伤和癫痫的细胞疗法。UCI团队现在正在使用人类干细胞产生的抑制性神经元重复上述实验。
“这项工作让我们向未来以细胞为基础的人类治疗又迈进了一步，”Hunt说，“了解受伤后存在的可塑性将帮助我们以非常高的精度重建受伤的大脑。”然而，我们朝着这个目标迈进一步是非常重要的，这需要时间。”
Jan C. Frankowski, Alexa Tierno, Shreya Pavani, Quincy Cao, David C. Lyon, Robert F. Hunt. Brain-wide reconstruction of inhibitory circuits after traumatic brain injury. Nature Communications
