人的大腦復雜而神奇，人體的一切生理行為，包括各種感覺、意識、記憶、思維、判斷、語言及動作的表達等等都由大腦控制及指揮。從出生到死亡，大自然的規律無法抗拒，但人們都希望自己在身體還好的時候能保持正常的思維。
不幸的是，有一種病癥卻使一些老年人在沒有明確原因的情況下漸漸失去思維能力而成為可怕的癡呆人——俗稱老年癡呆，醫學名詞為阿爾茨海默病。
發現這種病癥已有100多年了，但之后有數十年未被醫學界重視，直到近幾十年，針對這種病癥的相關研究才有了較好的進展。目前，雖已研制出某些藥物能夠減緩這種病的惡化但仍無法根本治愈。可怕的是近年來這種病癥不僅在老年人群中有蔓延之勢，且有向年輕人發展的苗頭。
隨著科技的發展，基于粒子加速器技術的同步輻射光源性能越來越強大，使生物物理及化學領域的科學家們得以在引起阿爾茨海默病原因、早期診斷、早期干預等方面的研究獲得重要突破，他們的某些研究結果令人吃驚。多年以來，人們一直認為鐵元素具有造血功能，是人體生命活動不可缺少的，而他們的研究卻顯示：鐵元素很可能是造成人腦變得癡呆的元兇之一。
1901年11月，德國法蘭克福精神病院的醫生阿洛伊斯·阿爾茲海默(Alois Alzheimer)收治了一位50多歲的女性患者奧古斯特·迪特(AugusteDeter)。迪特以前很健康，并沒有遺傳病及腦部創傷史，但不知為何卻逐漸變得記憶力衰退、分不清方向，還出現了語言障礙、理解障礙、偏執幻聽等現象，喪失了生活自理能力。阿爾茲海默是研究神經病理學的，他曾發現某些患有癡呆癥的患者腦皮質的初級神經節有退化的跡象，迪特的病狀引起他的關注，他詳細記錄了對迪特的問診情況，并為她拍了照片。
阿洛伊斯·阿爾茲海默醫生(圖片來自網絡)
患者奧古斯特·迪特(阿爾茲海默醫生拍攝)(圖片來自網絡)
5個月后，阿爾茲海默離開法蘭克福精神病院到慕尼黑大學精神病診所工作了，但他繼續關注著迪特的病情。很不幸，迪特在之后的短短幾年內病情不斷惡化，最后變得完全糊涂臥床不起。1906年春天，迪特因褥瘡和肺炎導致的重度感染去世。
征得患者家屬同意后，阿爾茨海默對迪特的大腦進行了解剖。他注意到迪特的大腦嚴重萎縮，大腦皮層比正常腦組織薄，在光學顯微鏡下觀察迪特的腦皮質切片時，除了能看到他以前曾在老年人腦中發現過的那種畸形的蛋白質團(稱為斑塊)，還發現了一種新的病狀，即腦神經纖維病理變化的各個階段：部分腦神經纖維發生增厚、僵硬，相互靠近后形成粗束，然后漸漸侵入神經細胞，最終將神經細胞胞體與細胞核完全破壞，病態的神經束扭曲在一起(稱為纏結)。阿爾茨海默認為，根據此病狀可以確定這是一種新的疾病，腦神經細胞被破壞導致了記憶障礙、人格改變、日?；顒右约捌渌嚓P癥狀。
1906年11月，阿爾茲海默在第37屆德國西南部精神病學學術會上報告了他對迪特病例的研究結果，第二年他又以“A characteristic serious disease ofthe cerebral cortex”為題發表了論文。
1910年，德國的精神病學專家埃米爾·克雷佩林(Emil Kraepelin)在其編寫的精神病學教科書中提出將此種病癥以發現者阿爾茨海默的名字命名?？上У氖沁@種疾病在當時并沒有得到醫學界的充分重視，阿爾茨海默醫生于1915年去世。
到了20世紀90年代，統計數字顯示：全世界老年失智的患者已達數千萬，其中約有2/3是阿爾茲海默病患者，這數據引起醫學界對這種病癥的特別關注。1995年，為紀念阿爾茲海默醫生逝世80周年，醫學界在尋找最初的記載文件時發現了阿爾茲海默醫生1901年寫的對患者迪特的詳細問診記錄。
1901年阿爾茲海默對迪特的問診記錄(圖片來自網絡)
阿爾茲海默手繪的大腦神經纖維纏結(圖片來自網絡)
縱觀發現阿爾茨海默病后的百余年，對該疾病的研究始終與科學技術的發展息息相關，有了先進的研究手段，相關的研究才能更加深入。
電子顯微鏡技術是1930年代發明的，這項技術的不斷完善與發展，使研究人員可以獲得分辨率更高的觀察影像，能更細致地研究人腦的細胞結構，促進了阿爾茨海默病的研究。
1960年代，應用電子顯微鏡觀察到阿爾茨海默病患者大腦中神經纖維纏結的雙螺旋絲狀體結構、畸形蛋白質團斑塊的超微結構，并發現大腦癡呆的程度與斑塊和腦神經纖維纏結的數量相關。
1984年，在阿爾茲海默病患者大腦中發現了β淀粉樣蛋白，普遍認為這就是阿爾茲海默醫生在20世紀初所描述的“神經細胞周圍反常的沉積物”的主要成分。β淀粉樣蛋白假說成為阿爾茨海默病病理機制的主流理論。
1988年，從阿爾茲海默病患者大腦中分離出了造成病狀腦神經纖維纏結的關鍵組分——Tau蛋白，這是阿爾茨海默病的另一個病理機制的標記物。
1993年發現了首個阿爾茨海默病的易感風險基因(APOE-e4)，隨著人類基因組學技術的發展，已發現的可能引發阿爾茨海默病的潛在風險基因有20余個。
基于不同的病理假說，世界各大制藥巨頭紛紛投入巨資研發治療阿爾茲海默病的藥物。然而，研制出來的多種藥物并不能治愈阿爾茲海默病，甚至延緩疾病進展的效果也比較有限。這種現象引起醫學界的質疑：除了已知的兩種病理機制以及潛在的風險基因，是否還存在其它引發阿爾茲海默病的元兇呢？
粒子加速器技術的發展使新一代的同步輻射光源具有高亮度、高通量、高準直度、精確可控等特點，可研究生物細胞細微結構的X射線成像技術有了質的飛躍，為解開阿爾茨海默病之謎帶來了新的希望。
美國石溪大學生物物理化學家麗莎·米勒(Lisa Miller)領導的研究團隊對于在分子尺度上闡明產生阿爾茨海默病的復雜機制很感興趣。多年前，他們就參與了對阿爾茨海默病患者腦組織的樣本研究，并發現其淀粉樣斑塊中含有金屬元素。從那時起，他們一直在設計新的實驗，希望能找出金屬離子與大腦中淀粉樣斑塊形成的關系。他們使用X射線熒光顯微技術(X-ray fluorescencemicroscopy, XFM)，因為這種獨特的技術可同時成像和定量給出生物樣品中的鐵、銅和鋅的水平。
對于XFM成像，更亮的光子源可以獲得更高的空間分辨率。米勒研究團隊轉向布魯克海文國家實驗室的同步輻射光源NSLS上運用XFM技術，這樣可實現更高的空間分辨率。研究團隊系統研究了患阿爾茨海默病小鼠和人類患者的腦組織樣本，觀察分析每種金屬元素含量的變化對阿爾茨海默病發展進程的相關作用及病理，獲得了全新的結果。為了對大腦皮層和海馬進行更精確的成像，研究團隊后來又將目光投向美國阿貢國家實驗室亮度更高的先進光子源APS，可在更大面積樣品上獲得更精細的實驗結果。
2011年，米勒研究團隊在神經影像學頂尖期刊《NeuroImage》上發表文章，報告了他們的實驗結果：大腦中鐵元素的含量與導致阿爾茨海默病患者腦神經元退化的淀粉樣斑塊形成相關。
美國布魯克海文國家實驗室的同步輻射光源NSLS(圖片來自網絡)
美國阿貢國家實驗室的先進光子源APS(圖片來自網絡)
在《NeuroImage》上發表的論文《Increasedbrain iron coincides with early plaque formation in amouse model of Alzheimer's disease》(圖片來自網絡)
美國能源部粒子物理學電子刊物《Symmetry》上的報道(圖片來自網絡)
米勒這樣評價自己團隊的工作：阿爾茨海默病患者腦組織中淀粉樣斑塊的形成與其鐵元素的含量升高呈相關性，并且腦組織中的鐵元素含量在患者出現阿爾茨海默病癥狀之前就有升高的跡象，這使大腦組織中鐵元素的含量成為早期阿爾茨海默病診斷的一個潛在的重要生物標志物，可提供非常有價值的信息。醫生可根據腦部核磁共振的檢測結果來了解受檢者大腦中鐵元素的含量，從而能在腦神經被永久性損傷之前盡早診斷出是否患有阿爾茨海默病的潛在因素，對早期干預(這是最理想的措施)這種疾病的發展有重要的幫助作用。
具有挑戰性的問題是：鐵元素具有造血功能，是人體生命活動不可缺少的，也是大腦不可缺少的重要元素，但為何鐵元素又可能是造成人腦變得癡呆的元兇之一呢？深入了解鐵元素在阿爾茨海默病進程中究竟起了怎樣的作用至關重要，相關的研究在繼續進行中。
英國與美國多所大學組成的國際合作團隊在美國勞倫斯伯克利國家實驗室ALS光源以及英國DIAMOND光源上使用掃描透射X射線顯微技術(Scanningtransmission X-ray microscopy, STXM)，可以實現多類探測器同時從實驗樣品上獲取不同的信息。他們對從已死亡阿爾茨海默病患者大腦提取的淀粉樣斑塊核進行了掃描分析，以確定其中礦物質的化學性質。實驗發現當鐵元素與淀粉樣蛋白相互作用時會形成某些化合物，還發現了人類大腦中并不常見的鐵元素的磁性狀態。研究團隊獲取了這些反應導致阿爾茨海默病進程的極有價值的數據。
美國勞倫斯伯克利國家實驗室ALS光源(圖片來自網絡)
英國DIAMOND光源(圖片來自網絡)
研究團隊在《Nanoscale》上發表的論文(圖片來自網絡)
淀粉樣斑塊核的X射線光譜顯微圖及光譜分析(圖片來自網絡)
不同患者淀粉樣斑塊核的掃描透射X射線顯微圖(圖片來自網絡)
從100多年前第一例阿爾茨海默病被報道至今，科學界對該疾病的認識已取得了質的飛躍，但還未能找到真正治愈的方法。近些年來，基于粒子加速器技術的高性能光源為阿爾茨海默病的研究提供了更精準的技術手段。因鐵元素對人體維持正常造血功能有特殊的作用，關于鐵元素可能是造成人腦變得癡呆的元兇之一的研究結果令人關注，對研究阿爾茨海默病的成因、早期診斷、早期干預，以及探索如何有效地控制與治療有十分重要的意義(鋅、銅、鉛、汞等元素可能導致阿爾茨海默病發生的研究結果也有報道)。
期待隨著科學技術的不斷發展及研究手段的不斷創新，人類攻克阿爾茨海默病的時刻能早日到來。
