原来大脑会发光！美科学家用新成像技术发现了大脑深处的发光现象

大脑是高度复杂的神经系统，功能也十分强大，它能够储存信息，有计算和分析能力，拥有自我意识和思考能力。以人来说，虽然人的大脑重量只有3000克左右，在人体重量中的占比通常还不到1/20，但大脑却是人体能量消耗较旺盛的器官，有研究表明人体20%~30%的能量都是由大脑消耗掉的。而大脑消耗能量的方式，基本都是以生物电流的形式实现的，在电流集中出现的地方，出现发光现象也是正常的。

更何况，在大脑中还有一种能够发光的特殊蛋白质——荧光素酶（萤火虫尾部的发光体主要成分就是荧光素酶），所以不少生理学家早就认为，人的大脑中其实是存在发光现象的，但是想要看到这种发光现象却很难，因为大脑完全在头骨的包裹下，一般的仪器和技术无法侦测到它的发光信号。

不过这次麻省理工学院的生理学家们，把关注点放在了荧光素酶上，认为利用它或可以实现观察大脑发光现象的目的。荧光素酶是一种存在于多种生物体内的酶，能够催化底物产生化学反应，从而发出荧光。科学家们利用这一特性，将荧光素酶标记在特定的蛋白质或细胞上，并通过检测其发光来追踪这些蛋白质或细胞在体内的位置和活动情况。

但要想成功将这一技术应用于大脑深处，却面临着巨大的技术挑战。由于光线在穿过组织时会被散射和吸收，导致成像效果不佳。因此，科学家们一直在寻找一种能够在不破坏组织的前提下，高效、准确地检测大脑深处生物发光的方法。

就在今年的5月份，麻省理工学院的科学家们开发出了一种全新的成像技术，成功地解决了这一难题。他们利用一种名为Beggiatoa光活化腺苷酸环化酶（bPAC）的细菌蛋白质，将脑血管改造成对光敏感的光探测器。

当血管暴露在光线下时，bPAC会产生一种叫做cAMP的分子，导致血管扩张。这种血管扩张会改变含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的平衡，进而通过磁共振成像（MRI）技术检测到。

通过这一技术，研究人员可以精确地定位大脑中的光源位置。他们首先将bPAC基因通过病毒载体传递给构成脑血管的平滑肌细胞，使这些细胞表达bPAC蛋白。然后，他们在大鼠的大脑中植入经过改造的细胞，这些细胞在存在特定底物时能够表达荧光素酶并发光。当这些细胞发光时，它们周围的血管会扩张，进而通过MRI技术被检测到。

这种被称为利用血液动力学的生物发光成像技术（BLUsH）的新方法具有许多优势。首先，它可以在不破坏组织的情况下进行成像，减少了对实验动物的伤害。其次，由于MRI技术具有较高的空间分辨率和深度穿透能力，因此可以精确地定位大脑中的光源位置，并且将其中的发光现象显现出来。

此外，该技术还可以用于绘制基因表达变化图、解剖连接图以及揭示细胞间的交流方式等。

这项研究是麻省理工学院教授贾萨诺夫主导的，相关论文已经发表在5月10日的《自然-生物医学工程》上。

未来，这一技术有望为神经科学研究带来革命性的进展。通过监测大脑中的生物发光现象，研究人员可以更深入地了解神经元的活动情况、突触的连接方式以及神经递质的释放过程等。这将有助于我们更好地理解大脑的工作原理，并为治疗神经系统疾病提供新的思路和方法。