通過“CLARITY”變形技術，小鼠的大腦(左)可以變成透明，但仍然完好的狀態(右)。
CLARITY技術實現了完整的小鼠大腦成像
透明小鼠的大腦圖像，顯示了海馬區域的特征
4月12日消息，在好萊塢電影《隱形人》裡面，主角格裡芬在自己身上進行了神秘的實驗，使自己變成了隱形人；而在漫畫《神奇四俠》中，隱形女因為突然遭受宇宙射線的輻射而意外得到超能力，能控制光波使自己和他人隱形。現在，在斯坦福大學，一項名為“CLARITY”的新技術卻能使老鼠的大腦變得透明。
老鼠是非常常見的生物學實驗動物，但科學家在研究它們不透明的大腦時卻感到十分困擾。如果你要在大腦中尋找某種蛋白質，如澱粉樣β蛋白(引起阿爾茨海默症的蛋白)的位置，我們很容易就可以把熒光分子接到蛋白質上——這一過程成為免疫標記——但由於大腦是不透明的，你就必須將它切成很薄的切片，然後才能觀察這些發光的標記，最後將這些切片上的信息在電腦裡重新組合。
如果能發明一項使大腦變透明的技術，以上這些繁瑣的問題就可以迎刃而解，而這也正是 Kwanghun Chung所做到的。他與斯坦福大學卡爾·戴瑟羅特(Karl Deisseroth)博士領導的科學小組合作，研制出了一種名為“CLARITY”的新技術。該技術不僅能使大腦變得透明，更重要的是，它能保證大腦中最重要的組成部分保持在原位。每一個神經元、蛋白質、脫氧核糖核酸(DNA)鏈以及化學信號物質都鎖定在原來的位置，做了標記的分子如抗體或熒光標記等都能輕松地進行檢測。
一開始，Chung利用甲醛和丙烯酰胺混合溶液來保存一個分離的冷藏大腦標本。甲醛將大腦中大部分的分子如蛋白質和DNA等與丙烯酰胺連接起來，當加熱到體溫時就變成一個硬化的透明膠體。然後，Chung給大腦標本通上一股電流，將沒有連接到膠體上的東西除去。整個過程有點像用鉛筆繪制一個場景，然後把邊緣擦去。
經過這番處理，我們就得到了一個透明的老鼠大腦。它包括了每一個細胞的內容物，卻去掉了細胞的輪廓。它之所以透明，是因為去除了能散射並反射光線的脂類。這些脂類也起著屏障的作用，去除之後，我們就可以往透明的大腦裡注入標記分子。“你可以對整個組織進行拍攝，然後再重建為三維模式，”Chung說，“而不需要去做切片。”我們可以使大腦中某一類型的神經元發出黃綠色的熒光，然後以大腦整體的角度觀察神經元的位置，而不必再用不透明的切片進行重組。
這裡還有另一張透明的小鼠大腦圖像。你可以看到海馬區域的特征，該區域與學習、記憶和空間導航能力有關。每一種顏色代表著一種連接在大腦分子上的標記。“CLARITY技術使免疫標記和大批量成像成為可能，或許將取代超薄切片，”麻省理工學院的Sebastian Seung說，“從大腦中獲得的信息很大部分來自染色標記。”
與常規的染色-切片方法相比，CLARITY技術節省了時間和精力，其獲得的結果也更清晰，因為在對大腦進行切片的時候，難免會對科學家想要研究的組織造成損傷。這項技術也提供了新的可能性。在此之前，如果你在大腦裡注入一個標記，你必須將標本解剖才能獲得結果。如今，科學家可以在“透明化”的大腦上增加更多的標記。如果有了某些有趣的進展，你還可以繼續在同樣的完整大腦上進行實驗。
“這是一項可以使神經科學研究大幅加速的創新，”人類腦計劃(HBP)的負責人亨利·馬克拉姆(Henry Markram)說，“這一新技術可以提供整個大腦在所有水平上的圖像，將為我們獲得許多關鍵的數據提供新的路徑。”
不過，CLARITY技術也有一些缺點。據Chung稱，最主要的缺陷是該技術並不容易掌握。其中，用電流去除脂類的步驟是最難的，Chung甚至專門打造了一個裝置來實現。他說：“在實驗中我燒壞了數百個大腦標本，才最終獲得成功。”其他實驗室或許也要經歷同樣的階段，不過現在Chung已經把他的實驗細節放到了網上，任何人都可以來復制這一過程。
將標記分子注入大腦也需要相當長的時間。目前唯一的方法是讓這些分子自己擴散，即把大腦泡在充滿標記分子的組織液中，使之滲透進去。一個小小的小鼠大腦，可能需要數月時間才能完成染色標記。因此，在體積更大的人類大腦或猴子大腦上使用該技術並不現實。Chung正在研究加速這一過程。
大腦僅僅是個開始，CLARITY技術能夠在任何組織或器官上適用，它能使肝髒、心髒和肺等器官像大腦一樣變得透明。Chung現在正組建自己的實驗室，或許在不久的未來，我們就可以看到CLARITY技術有更廣泛的應用。有關該技術的成果發表在4月10日的《自然》(Nature)雜志上。(原文作者Ed Yong，任天編譯)