新技術(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人腦半球完整成像

幾十年來(lái)，觀察人類大腦內(nèi)部一直是神經(jīng)科學(xué)家難以企及的夢(mèng)想。但在新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究中，美國(guó)麻省理工學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)描述了一種創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)，其能以前所未有的亞細(xì)胞（比細(xì)胞結(jié)構(gòu)更細(xì)化的結(jié)構(gòu)）分辨率，對(duì)兩個(gè)捐贈(zèng)者（一個(gè)患有阿爾茨海默病，另一個(gè)沒(méi)有）的大腦半球，實(shí)現(xiàn)了完整三維細(xì)胞成像。

這個(gè)新平臺(tái)能在多尺度上同時(shí)捕獲大規(guī)模人腦組織中的蛋白質(zhì)表達(dá)、細(xì)胞形態(tài)、神經(jīng)投射和突觸分布。不但確保了對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的保存，還能以高分辨率和高速度，對(duì)大型人腦組織樣本展開精細(xì)處理、豐富標(biāo)記和清晰成像。

作為美國(guó)“腦計(jì)劃”細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)的一部分，該平臺(tái)集成了三個(gè)核心要素對(duì)腦組織切片、處理和成像。首先，用一種名為MEGAtome的振動(dòng)式切片機(jī)，可在不損失細(xì)胞連接的情況下實(shí)現(xiàn)超精密組織切片；其次，用一種名為mELAST的組織凝膠技術(shù)，能將組織樣本轉(zhuǎn)化為彈性和可逆膨脹的水凝膠，從而促進(jìn)高通量多尺度成像；通過(guò)UNSLICE計(jì)算管道可重建前兩者處理的三維軸突網(wǎng)絡(luò)連接。

該平臺(tái)現(xiàn)已能對(duì)人類大腦半球進(jìn)行完整成像，分辨率甚至精細(xì)到單個(gè)突觸。它使科學(xué)家能夠使用同一個(gè)大腦對(duì)問(wèn)題進(jìn)行綜合探索，而不必觀察不同大腦中的不同現(xiàn)象后再構(gòu)建綜合圖像。另外，其對(duì)腦半球進(jìn)行成像只需100小時(shí)，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往的幾個(gè)月，這意味著科學(xué)家可短時(shí)間創(chuàng)建更多樣本。

值得一提的是，該技術(shù)不僅適用于大腦，還適用于身體其他組織，這將極大促進(jìn)科學(xué)家對(duì)人體器官功能和疾病機(jī)制的理解。

腦細(xì)胞的解剖學(xué)和分子結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，對(duì)于了解人腦功能以及腦損傷至關(guān)重要。然而，目前的神經(jīng)成像技術(shù)，如功能性磁共振，缺乏捕捉這些細(xì)節(jié)所需的分辨率。該研究目前尚未呈現(xiàn)出全部大腦的圖譜，但它提供了一個(gè)前所未有的技術(shù)“三件套”，在不久的將來(lái)，就能為人們展示整個(gè)大腦區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元的全景圖、每個(gè)細(xì)胞的獨(dú)有特性、多樣化的“細(xì)胞森林”以及位于細(xì)胞外分子之間的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)簇。這將是腦科學(xué)研究的盛宴。