猕猴大脑三维结构解析进入微米级

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉,该校毕国强教授、刘北明教授与国内外学者合作,通过自主研发的高通量三维荧光成像VISoR技术和灵长类脑图谱绘制流程,实现对猕猴大脑的微米级分辨率三维解析。相关成果26日发表于《自然·生物技术》。

大脑功能由其近千亿个神经细胞以及细胞之间纤细而复杂的连接来实现。深入理解大脑的运转机制,需要给大脑绘制一幅三维高清地图。目前,国际通用成像技术对小鼠进行微米分辨率全脑成像通常需要数天,猕猴脑体积为鼠脑的200倍以上,在较短时间内完成全脑成像是一项极大挑战。

为应对这一挑战,该团队经过数年攻关,研发了VISoR高速三维荧光成像技术。该技术作为当前世界最快的大尺度三维组织成像方法,可对各种模型动物大脑进行高通量、高精度的定量解析,并可扩展至其他组织器官。

对猕猴脑进行高分辨全脑成像还面临沟回结构复杂、组织透明度差等多方面的困难。该团队采取先对离体大脑进行包埋切片的方式,使得溶液渗透效率仅依赖于切片厚度,而不受其大小的影响,并且发展了高折射率的组织透明化方法,让脑片的灰质与白质不同部分、不同深度达到均匀透明。然后,通过改进的高速三维荧光成像系统,在100小时内完成对猕猴全脑样品1×1×2.5微米三维分辨率的图像采集,两只猕猴大脑图像原始数据量超过1PB。

业内专家认为,猕猴为理解人类大脑健康和疾病提供了最佳模型系统,在其整脑水平绘制神经元长距离连接是一个惊人的技术进步,对理解大脑形态发生和连接方式具有深远的意义。

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