科学家开发出一种能生成整个大脑网络的亚细胞图的新成像技术

2022年05月25日 17:18 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

各种成像方法被用来捕捉有关组织、细胞和亚细胞结构的信息。然而单一的方法只能捕捉到关于组织结构或功能的信息,并且在纳米尺度上的细节观察意味着科学家失去了关于更广泛的环境的信息。也就是说,为了获得对组织的全面了解,科学家们需要结合成像技术。

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在新研究中,科学家们开发了一种结合七种成像方法的方法,其包括体内成像、同步辐射X射线和体积电子显微镜。他们通过对小鼠大脑的两个不同区域--嗅球和海马--进行成像来证明他们的方法。

重要的是,该技术可以应用于大脑的其他区域或身体的其他部分,并为科学家提供对许多不同生物结构和组织的更详细的了解。

成像过程的每个步骤都提供了不同的信息。首先,研究人员使用体内钙成像技术将大脑特定区域的神经元可视化并查看小鼠接触气味时哪些神经元处于活跃状态。

在小鼠被安乐死后,科学家使用各种方法对脑组织样本进行成像,这包括同步辐射X射线断层扫描--它可以捕捉到长度达数毫米的样本。这种规模足以让科学家们看到整个神经网络以及特定细胞或其他结构在样本的更大范围内的位置。重要的是,这种方法不会损坏样本,因此它可以用另一种技术再次成像。

然后,研究人员选择了特别感兴趣的区域并用电子显微镜进行成像从而以高分辨率捕捉复杂的细节。在一些目标区域,这可以映射出小至10纳米的细节,这使得研究人员能看到微小的结构如连接神经元的单个突触。

通过利用计算机算法,研究人员将这些结果结合起来并绘制出他们所研究的大脑部分的结构和功能的完整地图。据悉,最大可达几立方毫米。

来自克里克大学感觉电路和神经技术实验室的研究论文第一作者和首席实验室研究科学家Carles Bosch指出:“我们的方法提供了一种可靠的方法来克服在巨大的不同规模的结构上成像的挑战。我们相信它将成为研究哺乳动物大脑中的神经元回路以及其他组织的结构和功能的有力工具。”

克里克大学高级作者、感觉电路和神经技术实验室负责人Andreas Schaefer称:“我们对将这种方法应用于大脑非常感兴趣,在那里,除了关于特定神经元和突触的信息外,收集关于整个神经网络的信息也非常重要,这些神经网络的长度为几毫米。但它也有很大的潜力在其他环境中发挥作用,如癌症生物学,研究人员的目的是了解特定细胞在更广泛的肿瘤背景下的活动。”

据悉,研究团队将继续这项研究并使用这种成像方法来发现关于嗅球的更多细节,当然,他们还会进一步努力改善该技术。

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