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新技术平台实现人脑半球完整成像

来源:科技日报2024-06-15 19:46

  【总编辑圈点】

  科技日报北京6月13日电 (记者张梦然)几十年来,观察人类大脑内部一直是神经科学家难以企及的梦想。但在最新一期《科学》杂志发表的一项研究中,美国麻省理工学院科研团队描述了一种创新技术平台,其能以前所未有的亚细胞(比细胞结构更细化的结构)分辨率,对两个捐赠者(一个患有阿尔茨海默病,另一个没有)的大脑半球,实现了完整三维细胞成像。

  这个新平台能在多尺度上同时捕获大规模人脑组织中的蛋白质表达、细胞形态、神经投射和突触分布。不但确保了对细胞结构的保存,还能以高分辨率和高速度,对大型人脑组织样本展开精细处理、丰富标记和清晰成像。

  作为美国“脑计划”细胞普查网络的一部分,该平台集成了三个核心要素对脑组织切片、处理和成像。首先,用一种名为MEGAtome的振动式切片机,可在不损失细胞连接的情况下实现超精密组织切片;其次,用一种名为mELAST的组织凝胶技术,能将组织样本转化为弹性和可逆膨胀的水凝胶,从而促进高通量多尺度成像;最后,通过UNSLICE计算管道可重建前两者处理的三维轴突网络连接。

  该平台现已能对人类大脑半球进行完整成像,分辨率甚至精细到单个突触。它使科学家能够使用同一个大脑对问题进行综合探索,而不必观察不同大脑中的不同现象后再构建综合图像。另外,其对脑半球进行成像只需100小时,速度远远超过以往的几个月,这意味着科学家可短时间创建更多样本。

  值得一提的是,该技术不仅适用于大脑,还适用于身体其他组织,这将极大促进科学家对人体器官功能和疾病机制的理解。

  脑细胞的解剖学和分子结构细节,对于了解人脑功能以及脑损伤至关重要。然而,目前的神经成像技术,如功能性磁共振,缺乏捕捉这些细节所需的分辨率。该研究目前尚未呈现出全部大脑的图谱,但它提供了一个前所未有的技术“三件套”,在不久的将来,就能为人们展示整个大脑区域内神经元的全景图、每个细胞的独有特性、多样化的“细胞森林”以及位于细胞外分子之间的亚细胞结构簇。这将是脑科学研究的盛宴。

[ 责编:曾震宇 ]
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