Brainbow：荧光点亮神经彩虹

上图中的景象不是黑夜中的奇幻梦境，也不是艺术家的创作，而是神经细胞交织成的网络，这些细胞来自一只小鼠脑中的海马区域。

平时我们所见到的大脑标本都是灰白暗淡的颜色，而这种名叫“Brainbow”的技术则显得格外惊艳，神经细胞们个个分明，闪耀着五彩光芒。

大脑是如何变成彩虹的？这要从荧光蛋白的故事开始说起。

绿色荧光蛋白：色彩的开端

    这些美丽的颜色都是荧光，当分子吸收能量达到激发态后，它们会在较短时间内再回到比较稳定的基态，并且通过发光的方式重新释放出能量，这个过程中产生的就是荧光。

    在一般的细胞中，原本没有那么多能发出各色荧光的物质，让它们发光，靠的是人为引入的荧光标记。而在这些荧光标记中，绿色荧光蛋白就是最为经典的一个。

    绿色荧光蛋白是来自海洋的馈赠，它来自一种发光水母。在上世纪60年代，日裔科学家下村修（Osamu Shimomura，下村脩）和美国科学家约翰森（Frank H. Johnson）首先揭开了水母发光的秘密。一开始，他们从这些水母中提取到了水母发光蛋白（aequorin），在钙离子的作用下，这种蛋白质会发出蓝光。然而，在水母身上，人们最终观察到的却是绿色的荧光，将蓝光转化为绿光的，就是水母体内的另外一种蛋白质——绿色荧光蛋白。

更多的色彩

    在发现之初，生物学家们就意识到了这种发光蛋白的价值，如果能在其他的细胞、生物组织中引入这样的蛋白质，那么在显微镜下，我们所看到的画面也就能变得更加清晰而且多彩了。

    上世纪80年代，普鲁切（Douglas Prasher）成功地克隆出了水母中编码绿色荧光蛋白的基因，这使得荧光蛋白标记的大量应用成为了可能。有了这段基因，我们就可以让特定的细胞表达这些荧光蛋白，或者把绿色荧光蛋白和各种分子结合在一起，为细胞中特定的结构染上颜色。

    不过，天然的绿色荧光蛋白还不够完美，它只有一种颜色，也无法进行复杂的标记。解决这一问题的，是华裔科学家钱永健（Roger Y Tsien）。通过对绿色荧光蛋白分子的种种改造，他得到了现在实验中广泛使用的增强型绿色荧光蛋白，以及蓝色、青色和黄色的新型荧光蛋白。在此之后，其他的实验室又从珊瑚虫中发现了红色的荧光蛋白。随着不断的探索和改造，生物学家“荧光调色盘”中的色彩也逐渐丰富了起来。

在培养皿上用细菌画出的彩色“荧光画”。在图中，这些细菌共表达了8种不同的荧光蛋白。

下面，就让我们一起来欣赏Brainbow的美丽成果吧。

视神经

这条五光十色的“长蛇”其实是小鼠的视神经，它连接着眼睛与大脑，负责传输视觉信号。

视网膜烟花

这个看起来像烟花一般的结构是小鼠的视网膜神经节细胞，它接收来自视网膜视锥细胞和视杆细胞的信号，并参与视觉信号的传递。

大脑之外

虽然是为研究神经细胞所设计，但Brainbow技术同样可以点亮其他类型的细胞。在这张图中，被染上色彩的是小鼠舌头的肌纤维。现在，这种荧光标记技术也进入了更加广阔的研究领域。