灵魂的科学探索 - 第9章 几类实验

作者: 弗兰西斯·克里克7,792】字 目 录

缘导线。将动物*醉后,移去部分头骨,并将电极正好放置在神经组织内。由于脑中没有痛觉感受器,因而该电极并不会使动物感到痛苦。只要微电极的尖端离某个细胞非常近,它就可以在该细胞外探测到它在什么时候发放。它还能收集从较远的细胞传来的较为微弱的信号。将电极尖端沿它的长度方向在组织内移动,就可以一个接一个地检测神经细胞的活动,实验者可以选择将电极置于动物脑中的位置,但从某种意义上说他记录的究竟是哪种类型的细胞完全要看运气了。现在人们常使用一组电极进行记录,这样就可以同时探测不止一个神经元的活动。

另一种技术是对从动物脑中得到的神经组织的一层很薄的切片进行研究。在这里使用的电极是一种非常小的玻璃管,它的尖端逐渐变细。小心地放置电极使它的尖端刚好在一个神经细胞内部。这样可以得到关于该神经元的活动的更为详细的信息。(这项技术也可用于*醉的动物而不会损伤其脑部,但用在清醒的动物则要困难得多。)如果浸泡在合适的培养液中,脑片能维持许多小时。在脑片中很容易灌流不同的化学物质来考察它们对神经元行为的影响。

在某种情况下,从非常年幼的动物的脑中提取的神经元能够在碟子中生长并向四周扩展。这样的神经元在生长时会与周围临近的神经元接触,这种条件与活着的动物体的环境相差更远,但它可以用来研究神经元内部连接的基本行为。这些连接的膜上有通道。当通道打开时,允许带电原子(即离子)流过。

最令人吃惊的可能是当前有可能研究单个离子通道中单个分子的行为。这是通过一项称为“膜片钳”技术实现的。欧文·内尔(erwinneher)和伯特·萨克曼(bertsakinann)因为发展并应用这项技术而荣获1991年诺贝尔奖,他们使用了一种小型玻璃吸液管,它具有一个特殊的倾斜尖端,直径约12微米,能从类脂膜中吸起其中的一小片。如果运气好的话,这小片中至少会包括一个离子通道。经过电放大器及记录装置可对穿过该膜的电流进行研究。在这小片膜的两侧相关离子的浓度保持着不同的值。当通道打开时,即使只有很短暂的时间,也有大量带电离子奔涌穿过。这种汹涌的离子潮产生了可测量的电流。即使只打开一个通道也是如此。这样人们便可研究神经递质及其他葯物制剂(通常为其他的一些小的有机分子)的效果,以及膜电压的作用。

膜片钳也被用来进行另一项关于离子通道的研究。该通道的基因被人工引人到未受精的蛙卵中。在这些外来基因的引导下,卵母细胞(即未受精卵)会合成这种通道的蛋白并将其放置于外膜。这样就可以利用膜片钳将它吸取出来。这种技术对于发现某种特别的离子通道的基因很有帮助。

现在作一总结,目前有许多种方法研究人和动物的脑。其中一些方法从头颅的外面进行研究,另外一些方法则直接深入脑的内部。所有的方法都有这样或那样的局限性,或者是时间分辨率或空间分辨率不足,或者过于昂贵。有些结果非常容易解释,但仅能提供相当有限的信息;另外一些测量做起来很容易,结果却很难解释。我们只有综合不同的方法才有希望解开大脑的奥秘。

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①在极少数情况下,出于医学原因必须在脑组织中很深地植入永久性电极。但植入的电极数量很少,故能得到的信息也十分有限。

①目前常用的一种近似方法是假设脑中存在四个中心产生大部分这些电活动。这样,通过数学手段有可能求出这些中心的大致位置。有一种方法用来检验这种假设的有效性,即假设存在五个中心并重复上述计算。如果得到的四个中心很强而另一个非常弱,那么四个中心的近似就可能是相当有效的。即便如此,这也仅仅是一个有根据的猜测罢了。

①正电子在与电子结合以前会漫游一小段距离。结合后,两个粒于都湮灭,它们的质量转变成辐射,成为按几乎相反方向运动的两束了射线。记录这些γ粒子的是一个环状的相干计数器。有一台计算机综合处理所有衰变的痕迹,并分析出最可能产生这些γ射线的区域。

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