科学家们花费数十年研究大脑的细胞、连接、基因和蛋白质。然而，大脑生物学的另一个重要部分——脂质，却得到的关注远远不够。这些脂肪分子构成围绕神经元的膜，促进保护神经纤维的髓鞘绝缘，并在神经元之间的通信中发挥重要作用。尽管脂质对大脑功能至关重要，科学家们在绘制不同类型脂质的位置上却遇到困难。传统成像技术难以区分单一的脂质分子，导致我们对大脑化学组织的理解存在重大空白。EPFL的Giovanni D'Angelo教授表示：“科学家们对脂质在大脑不同部分的差异仅有模糊的认识。” “这个空白很重要，因为大脑脂质的变化越来越多地与抑郁症、阿尔茨海默病等疾病相关。”EPFL的研究人员现在在填补这一空白方面迈出了重要一步。由D'Angelo、Luca Fusar Bassini和Gioele La Manno领导的团队创建了详细地图，显示脂质在小鼠大脑中的分布情况。他们的脂质大脑图集显示这些分子以高度有序的模式排列。一些与熟悉的解剖结构相对应，而另一些则揭示了先前方法所忽视的化学边界。这些模式非常独特，以至于研究人员仅通过检查其脂质组成就能识别大脑组织样本的来源。研究结果发表在《自然》上。科学家们在大脑中识别出539个独特的化学区。为了构建这本图集，研究人员使用了质谱成像技术，这种技术可以让他们识别出薄层大脑组织中的脂质分子。激光一遍遍扫描每一片切片，详细信息显示了哪些脂质存在及其位置。研究小组检查了109个大脑切片中172种不同的脂质，这些切片来自11只小鼠。这产生了大约700万次测量，科学家将其结合成一个全面的3D重建，采用为该项目特意开发的机器学习工具。最终的图集揭示了539个化学上独特的区域，研究人员将其命名为“脂质区”。每个区域都有其特征性脂质组合，形成可识别的化学标记。许多这些区域对应于已知的脑结构和细胞类型。其他则揭示了神经细胞体群体之间及其纤维连接的远程区域之间的意外关系。这种连接通常很难通过基于基因活动的地图进行检测。D'Angelo表示：“实质上，脂质就像邮政编码，为大脑中远但相关的部分提供相同的化学地址。”新的图集还发现了科学家们之前认为相对均匀的大脑部分之间令人惊讶的差异。其中一个显著的例子是白质，这是包含连接不同大脑区域的神经纤维的组织。白质并没有大致一致的化学成分，而是包含大量独特的脂质区域。Luca Fusar Bassini说：“这表明，制造髓鞘的细胞的化学组成比它们的基因所提示的要复杂得多。”研究人员还在脉络丛中检测到了先前未被认识的化学界限，脉络丛是负责产生脑脊液的结构，还在大脑内部腔体的组织中。综合这些发现，脂质绘图可以揭示大脑组织的重要特征，这些特征仅凭解剖或基因信息是无法显现的。怀孕引发广泛的脑脂质变化除了识别大脑的化学结构外，该图集还为该结构在怀孕期间如何变化提供了新的见解。当研究者检查怀孕的小鼠时，他们发现多个大脑区域的脂质组成发生了显著变化。总体而言，这些变化比雄性和雌性小鼠之间观察到的典型脂质差异更加明显。大脑的外层皮层显示出特别广泛的变化。与此同时，髓鞘的重要组成部分——半乳糖基神经酰胺的水平在大脑的白质中急剧增加。这些发现表明，怀孕涉及大脑的化学组成发生显著变化，可能帮助其神经连接适应身体的变化需求。Gioele La Manno说：“这些变化表明大脑重新调节其线路以满足怀孕的需求。” “图集揭示了大脑不断调整其脂质以满足身体变化的需求。”理解大脑衰老和疾病的新工具脂质大脑图集是一个公开的工具。