多光子顯微技術(shù)幫助神經(jīng)科學(xué)家解決腦細(xì)胞代謝途徑的紛爭

         一項(xiàng)雷射顯微鏡技術(shù)可替神經(jīng)科學(xué)家解決腦部細(xì)胞如何處理能量的紛爭﹐并且能解釋出腦部在正子造影系統(tǒng)（PET；positron emission tomography）所出現(xiàn)的影像﹐提供給醫(yī)師較佳的方式來觀察中風(fēng) (stroke)或阿茲海默癥(Alzheimer’s disease)等腦部損害。  
         康乃爾大學(xué)應(yīng)用暨工程物理學(xué)（Applied & Engineering Physics）副教授Karl A. Kasischke等人成功利用多光子顯微技術(shù)發(fā)現(xiàn)腦部神經(jīng)細(xì)胞（neurons）和星狀細(xì)胞(astrocytes)之間的如何地交互作用來燃 燒氧氣和葡萄糖進(jìn)行糖解作用(glycosis)﹐以達(dá)到腦部特別能量的需求。其結(jié)果已發(fā)表于今年七月的《科學(xué)》（Science）雜志上。  
         該研究團(tuán)隊(duì)表示﹐他們根據(jù)大腦代謝的輔?煙堿醯胺腺嘌呤雙核甘酸（NADH；nicotinamide adenine dinucleotide）兩種不同能源狀態(tài)的影像﹐將具爭議性腦細(xì)胞能量代謝的星狀細(xì)胞—神經(jīng)元乳酸穿梭 （the astrocyte-neuron lactate shuttle）假設(shè)作確認(rèn)與再定義。  
         Karl A. Kasischke說道﹐在過去十年當(dāng)中﹐科學(xué)家們激烈爭議討論﹐被激活的大腦究竟是進(jìn)行有氧代謝 把葡萄糖分解成水？還是進(jìn)行無氧狀態(tài)的糖解作用產(chǎn)生乳酸（lactate）？他表示﹐他們的研究已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)星狀細(xì)胞糖解作用伴隨著神經(jīng)活化引發(fā)神經(jīng)性氧化代謝（Neuronal Oxidative me[x]tabolism）將這兩 種目前對立的說法產(chǎn)生一致性并造成兩派雙贏的局面。由于他們所使用的多光子掃描顯微鏡可以讓NADH產(chǎn)生 內(nèi)生性熒光影像﹐顯示出腦神經(jīng)內(nèi)早期氧化代謝終究是持續(xù)的﹐并且在約10秒后讓星狀細(xì)胞—神經(jīng)元乳 酸穿梭（the astrocyte-neuron lactate shuttle）作腦細(xì)胞晚期的活化作用。 神經(jīng)細(xì)胞甚至在休息的 時候是不斷代謝葡萄糖﹐并且當(dāng)訊號開始穿越神經(jīng)細(xì)胞時﹐代謝葡萄糖的現(xiàn)象會持續(xù)表達(dá)﹐然后星狀細(xì) 胞會將代謝葡萄糖所得到的乳酸﹐提供出來做為燃料。  
         目前醫(yī)師所使用的腦神經(jīng)影像技術(shù)﹐例如功能性磁共振影像（fMRI；functional magnetic resonance imaging）和正子造影系統(tǒng)（PET；positron emission tomography）雖然可分別探測血流和血氧變化﹐ 提供醫(yī)師了解大腦功能變化﹐但是在時間和空間的分辨率卻無法滿足研究人員的需求。而相較之下﹐多 光子顯微技術(shù)卻能提供中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS；central nervous system）高分辨率﹐3D立體的組織影像﹐ 強(qiáng)力地幫助研究人員探討腦細(xì)胞代謝途徑。  
         這場十多年來的爭論﹐看來各持己見的雙方都沒有輸。不過﹐重要的意義是﹐多光子激發(fā)顯微技術(shù)足以提 供大腦代謝等研究功能性方面的應(yīng)用﹐并且提供給醫(yī)師較佳的方式來觀察中風(fēng)或阿茲海默癥等腦部損害。