英國(guó)弗朗西斯·克里克研究所科學(xué)家開發(fā)了一種成像技術(shù)，可在亞細(xì)胞水平(十億分之一米)捕獲有關(guān)腦組織結(jié)構(gòu)和功能的信息，同時(shí)還可捕獲有關(guān)周圍環(huán)境的信息。近日發(fā)表在《自然·通訊》雜志的論文詳述了這種獨(dú)特方法，其克服了對(duì)不同尺度組織成像的挑戰(zhàn)，使科學(xué)家能看到周圍的細(xì)胞及其功能，從而構(gòu)建出大腦中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完整圖景。
現(xiàn)有各種成像方法可用于捕獲有關(guān)組織、細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的信息。然而，單一方法只能捕獲有關(guān)組織結(jié)構(gòu)或功能的信息，如果在納米尺度上進(jìn)行詳細(xì)觀察，就會(huì)丟失更廣泛環(huán)境的信息。這意味著要全面了解組織，需要將各種成像技術(shù)結(jié)合起來。
研究人員開發(fā)的新方法結(jié)合了七種成像技術(shù)，包括體內(nèi)成像、同步加速器X射線和體積電子顯微鏡等。他們通過對(duì)小鼠大腦的兩個(gè)不同區(qū)域(嗅球和海馬體)進(jìn)行成像展示了新方法。該技術(shù)可應(yīng)用于大腦的其他區(qū)域或身體的某些部位，能更詳細(xì)地了解許多不同的生物結(jié)構(gòu)和組織。
首先，研究人員使用體內(nèi)鈣成像來可視化大腦特定區(qū)域的神經(jīng)元，并觀察當(dāng)小鼠暴露于氣味時(shí)哪些神經(jīng)元處于活躍狀態(tài)。在對(duì)小鼠實(shí)施安樂死后，他們使用各種方法對(duì)腦組織樣本進(jìn)行成像，包括同步加速器X射線斷層掃描，該方法可捕獲長(zhǎng)達(dá)幾毫米的樣本。這種規(guī)模足以讓科學(xué)家看到整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及特定細(xì)胞或其他結(jié)構(gòu)位于樣本更廣泛背景下的位置，而且不會(huì)損壞該樣品。
然后，團(tuán)隊(duì)成員選擇特定區(qū)域用電子顯微鏡成像，以高分辨率捕捉復(fù)雜的細(xì)節(jié)。在某些目標(biāo)區(qū)域，可映射小至10納米的細(xì)節(jié)，能看到連接神經(jīng)元的單個(gè)突觸等微小結(jié)構(gòu)。
最后，研究人員使用計(jì)算機(jī)算法將結(jié)果進(jìn)行整合，創(chuàng)建了大腦部分結(jié)構(gòu)和功能的完整圖譜，最大可達(dá)幾立方毫米。
團(tuán)隊(duì)表示，這一技術(shù)提供了一種可靠的方法來克服在不同尺度上成像結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)。它將成為研究哺乳動(dòng)物大腦中的神經(jīng)元回路以及其他組織的結(jié)構(gòu)和功能的強(qiáng)大工具。
關(guān)鍵詞： 結(jié)合七種成像技術(shù) 大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)亞細(xì)胞圖譜構(gòu)成 電子顯微鏡成像 可視化大腦特定區(qū)域
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