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2021.07.27

【科技日报】猕猴大脑三维结构解析进入微米级

科技日(ri)(ri)报合肥7月26日(ri)(ri)电 (记(ji)者吴长锋)记(ji)者从中国(guo)科学(xue)(xue)技术大(da)学(xue)(xue)获悉,该(gai)校毕国(guo)强教(jiao)授(shou)(shou)、刘北明教(jiao)授(shou)(shou)与国(guo)内(nei)外学(xue)(xue)者合作(zuo),通(tong)过自主(zhu)研发(fa)的高通(tong)量三维(wei)(wei)荧光成像VISoR技术和灵长类脑图谱绘制流(liu)程,实现对猕猴(hou)大(da)脑的微米级分辨率(lv)三维(wei)(wei)解析。相关成果26日(ri)(ri)发(fa)表于《自然(ran)·生物技术》。

大(da)(da)脑功能由(you)其(qi)近千亿个神经(jing)细胞以(yi)及(ji)细胞之间纤(xian)细而复杂的(de)(de)连接来实现。深入理解大(da)(da)脑的(de)(de)运转机制,需要给大(da)(da)脑绘制一幅(fu)三维(wei)高(gao)清地(di)图。目(mu)前,国(guo)际通用成(cheng)(cheng)像技术对小(xiao)鼠(shu)进行微米分辨率全脑成(cheng)(cheng)像通常需要数天,猕猴脑体积为鼠(shu)脑的(de)(de)200倍以(yi)上,在(zai)较短时间内完成(cheng)(cheng)全脑成(cheng)(cheng)像是一项(xiang)极(ji)大(da)(da)挑(tiao)战(zhan)。

为应对(dui)这一挑战,该(gai)团队(dui)经过数年攻(gong)关,研发了VISoR高速(su)三(san)(san)维荧(ying)光成像技术(shu)。该(gai)技术(shu)作为当前(qian)世(shi)界最快(kuai)的大尺(chi)度(du)三(san)(san)维组(zu)织成像方法,可(ke)(ke)对(dui)各种模型动物大脑进行高通(tong)量、高精度(du)的定量解析,并可(ke)(ke)扩展(zhan)至其(qi)他组(zu)织器(qi)官。

对(dui)(dui)猕(mi)(mi)猴脑进行(xing)(xing)高分辨(bian)全脑成像(xiang)还(hai)面临沟回结构(gou)复杂、组(zu)织透明度差等(deng)多(duo)方(fang)(fang)(fang)面的(de)困(kun)难(nan)。该团(tuan)队采(cai)取先对(dui)(dui)离体(ti)大脑进行(xing)(xing)包(bao)埋切(qie)片(pian)的(de)方(fang)(fang)(fang)式,使得溶液(ye)渗透效率仅(jin)依赖于切(qie)片(pian)厚度,而不受其(qi)大小(xiao)的(de)影(ying)响,并且发展了高折射率的(de)组(zu)织透明化(hua)方(fang)(fang)(fang)法,让脑片(pian)的(de)灰质(zhi)与白质(zhi)不同部分、不同深度达(da)到均(jun)匀透明。然后,通(tong)过改(gai)进的(de)高速三维(wei)荧光成像(xiang)系统,在(zai)100小(xiao)时内完成对(dui)(dui)猕(mi)(mi)猴全脑样(yang)品1×1×2.5微(wei)米三维(wei)分辨(bian)率的(de)图像(xiang)采(cai)集,两只猕(mi)(mi)猴大脑图像(xiang)原始数据量超过1PB。

业内专(zhuan)家认为,猕(mi)猴为理(li)解人(ren)类大脑健康和疾(ji)病提供了最佳模型系(xi)统(tong),在其(qi)整脑水(shui)平绘制神经(jing)元长距离连(lian)(lian)接是一个惊人(ren)的技术进步,对理(li)解大脑形态(tai)发生和连(lian)(lian)接方(fang)式具有深(shen)远的意(yi)义。


《科技日报》(2021年07月(yue)27日


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