胚胎最初三分鐘

Posted By Mr. Thursday

康威生命遊戲裡面,棋盤上的每一個格子,都根據四條規則,決定下一秒鐘是否存在。在生命體裡面,尤其是在神經科學裡面,有時候也會有類似的問題。譬如說,如果我們想要知道今天這個神經網路,遇到某種刺激會產生某種反應,是因為網路連結之前可能經驗某些刺激,以及天生基因的影響,因此形成現在觀察到的神經活動。又如同想要預測這個世界每一分每一秒的活動,我們可能需要知道前一秒的世界,甚至更前一秒的世界裡面,每一個原子分子的活動,才能決定性地 (deterministically) 預測出下一秒鐘,世界會是什麼樣子。

然而就一個生命體,或著縮小範圍,一個神經網路,如果要從最初產生的時間點開始,巨細靡遺地紀錄每一秒鐘的過程,進而預測下一秒鐘這個神經網路或產生怎麼樣子的活動,在過去是非常困難的事情。主要原因是因為我們的測量技術還不夠先進。今天我們有新的技術突破,可以解決比較小規模的觀測問題,就是今天想要提到的兩項研究新聞,分別是德國海德堡的DSLM造影技術,以及加州理工學院的新造影技術。他們分別對斑馬魚 (zebrafish) 和 果蠅 (Drosophila) 的胚胎,作出了最初24小時的造影紀錄。


圖1 斑馬魚胚胎造影圖

首先介紹一下德國海德堡 (Heidelberg) 科學家們的研究。他們用一項稱為 DSLM 的技術來拍攝斑馬魚胚胎最初 24 小時的影像。DSLM英文全名是Digital Scanned Light Sheet Microscopy,維基百科 Wikipedia 都還沒有這項條目呢。除了在 Science 雜誌可以閱讀付費內容,也可以在下面這個網站 optics.org 閱讀相關新聞介紹。另外還有動畫 (AVI格式和Quicktime格式) 可以下載,請至這個網站

加州理工學院 (Caltech Institute of Technology) 用的則是 two-photon excitation microscopy的技術,來拍攝果蠅胚胎發育過程 (gastrulation development)。他們的高解析度影像,讓果蠅原腸形成 (gastrulation) 的過程中,每一個細胞的移動過程都紀錄下來,也讓他們能夠比較,哪些蛋白質對胚胎發育過程的影響,以及細胞位置對於發育過程中細胞移動的影響等等。

因為果蠅和斑馬魚的胚胎細胞個數還沒有太多,因此目前可以先追蹤這類動物的胚胎發育過程,用現在新的造影技術紀錄下來分析,並且追蹤基因改變在胚胎發育過程中的影響。日後若是技術更加先進,或許哺乳類,甚至人類的胚胎,都有機會詳細造影紀錄下來,讓我們對人類,或是人類的神經網路,也能夠有更決定性 (deterministic) 的預測模型

圖2 果蠅胚胎造影圖

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