人類腦幹最詳細三維圖鑒：結合核磁共振與細胞病理的「錨點」計畫
How Indian scientists are mapping the brain's last frontier
作者: https://www.facebook.com/bbcnews | 時間: Mon, 13 Jul 2026 00:08:11 GMT | 來源: BBC
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人類大腦地圖——一個包含約 860 億神經元的器官
對於超過一個世紀以來，神經科學家研究人類大腦的方式，就像早期的製圖師探索未知土地：從散落的觀察中拼湊出廣闊的景觀。
即使在今天，診斷阿茲海默症等疾病的病理學家通常只會檢查來自這個包含約 860 億神經元的器官的少量組織樣本。廣闊的景觀仍然大部分未被窺見。
這就是為什麼印度馬德拉斯印度理工學院（IIT-M）的蘇達·戈帕拉克里希南腦科學中心（SGBC）的研究人員相信他們已經朝著填補神經科學最大缺口之一邁出了重要的一步。
他們製作了一份他們描述為世界上最詳細的人類腦幹三維大圖鑒——在細胞解析度下，這是一份數位地圖，讓科學家能無縫地從整個大腦的 MRI 掃描圖像移動到個別的神經細胞。
這被稱為「錨點」（Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction），它結合了來自胎兒、兒童和大腦的超過 500 個組織切片。
這份大圖鑒是基於高解析度顯微鏡圖像而非昂貴的分子技術所建立，它創建了腦幹的詳細三維地圖，識別出超過 200 個腦細胞群和神經途徑。
八種化學標記有助於區分不同的細胞類型，產生了迄今為止對這部分重要但理解不足的大腦最清晰的影像之一。
腦幹僅佔大腦的一小部分，卻能維持人的生命。它連結大腦與脊髓，並控制呼吸、心跳、睡眠、清醒狀態和運動。
腦幹內微小細胞群受損可能導致災難性後果，但該地區密集的建築結構長期以來讓人們難以詳細繪製其地圖。
腦幹大圖鑒切片——儘管僅是大腦的一小部分，腦幹卻維持著我們的生命
「錨點」的重要性不僅在於產出另一張解剖學地圖，更在於連結兩個長期保持分離的世界：醫學成像（顯示整個大腦）和細胞病理學（一次顯示一個細胞）。
「我們看到了一個具有遠見的計劃，讓印度站在國際舞臺上，」印度塔塔基礎研究機構的神經科學家舒巴·托爾表示，他將該項目描述為工程學、神經科學和醫學的「前所未有的整合」。
醫生通常首先通過屍檢或神經外科手術中去除的組織檢查整個大腦。成人腦重約 1.2 至 1.5 公斤，其摺痕和主要結構可以在顯微鏡檢查開始前提供重要的線索。
「作為一名神經病理學家，我在顯微鏡下觀察小塊之前，會先用肉眼檢查整個大腦，」哈佛醫學院和紐約大學的相關人員、與 SGBC 團隊合作的麗貝卡·福爾克思說。
「對於阿茲海默症，我們可能只檢查 15 到 20 個切片——只是整個器官的極小部分。」
這是一種實踐方式，源於一個世紀多以前西班牙神經科學家薩加蒂奧·拉蒙·伊·卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）的先鋒工作。現代 MRI 顯示整個大腦但缺乏細胞細節；顯微鏡顯示個別細胞但僅在孤立切片中。
「印度中心所創造的，基本上就是我職業生涯早期所夢想的——讓大腦掃描與大腦的顯微解剖學相匹配，」檢查了數千個大腦超過三十多年的福爾克思告訴 BBC。
一張顯示早期阿茲海默症的大腦掃描圖。這份大圖鑒可能幫助科學家更好地理解阿茲海默症、帕金森氏症和腦中風
「錨點」試圖填補這個缺口。
使用者可以從 MRI 上看到的整個腦幹縮放至個別神經元，同時保持其精確的空間關係。研究人員已將這份大圖鑒於線上免費提供，並供外部使用，希望能成為全球神經科學家、神經科醫生和神經外科醫生的參考工具。
其應用也可能遠遠超過解剖學。
通過比較健康腦幹地圖與患病組織，科學家可能更好地理解從帕金森氏症和中風到阿茲海默症和嬰兒猝死症（SIDS）等各種疾病。更精確的地圖也有助於神經外科醫生在腦中另一個最脆弱的區域內更具信心地導航。
「錨點」並不是一個診斷工具。相反，其最大價值在於它能幫助回答的問題。
與 SGBC 合作的紐約著名的寒泉港實驗室的神經科學家帕爾塔·米特拉表示，像這樣詳細的大腦圖鑒對神經系統疾病的研究可能有「轉化性影響」，通過揭示細胞個細胞的方式，顯示受阿茲海默症或自閉症等疾病影響的大腦與健康大腦有何不同。
米特拉還告訴 BBC，它們也可能幫助解釋感染（包括 Covid-19）如何引發長期神經損傷。
以腦中風為例，福爾克思說，該大圖鑒揭示了有助於醫生保存受損但尚未無法修復的大腦組織的新特徵，有望改善患者結果。其他科學家表示，該大圖鑒也有助於神經外科醫生更安全地導航腦幹。
這部分圖鑒的吸引力在於其簡單性。由屍檢腦組織薄片的高解析度圖像建立的，這種方法使得詳細的細胞級別製圖變得負擔得起。
米特拉說，這使得我們能夠以前所未有的規模繪製人類腦幹成為可能。
這一成就反映了神經科學領域更廣泛的變革，進步越來越依賴工程和計算，而僅依賴生物學。
大約 20 名科學家花費了 18 個月的時間在 SGBC 手動分析了超過 200 個腦部切片，將 MRI 掃描、顯微解剖和 3D 重建組合到單一的數位大圖鑒中。該中心現在聚集了超過 200 名研究人員、工程師和技術人員，與全球合作夥伴合作。
結果有助於解決神經科學中令人驚訝的缺口。
線上查看器能夠無縫導航，從整個大腦的 MRI 掃描圖像進入細胞層級特徵
科學家已經以驚人的詳細程度繪製了多種動物的頭，但人類大腦相對較少被繪製，因為詳細研究人類腦組織的資源匱乏，SGBC 負責人莫哈納桑卡爾·西瓦普拉卡沙姆告訴 BBC。
這並不代表科學家缺乏大腦圖鑒。「不同的圖鑒做不同的事情，」米特拉說。
基於 MRI 的圖鑒捕捉大腦的廣闊結構，但不包括個別細胞。組織學圖鑒使用組織切片的顯微鏡圖像以細胞解析度繪製其架構。較新的分子方法再進一步，識別每個細胞的精確身份。
但科學家們仍然對大腦的約 20,000 種蛋白質如何分布於不同區域和細胞類型知之甚少——這很可能是下一代大腦繪製的領域。
「每個大腦，」福爾克思說，「都是一個新知識的寶箱。」
SGBC 現在計劃對不同生命階段和神經系統疾病（包括阿茲海默症和癡呆症）的超過 100 個完整人類大腦進行成像，創建一個參考圖書館，揭示疾病如何從細胞到細胞地重塑大腦。
新的大圖鑒不會解決人類大腦的神秘。但通過給科學家提供更詳細的地圖，它可能幫助他們提出並最終回答更好的問題。