芝加哥大學和美國能源部 (DOE) 阿貢國家實驗室的研究人員利用現(xiàn)有的先進 X 射線顯微鏡技術彌合了 MRI(磁共振成像)和電子顯微鏡成像之間的差距，為多尺度整體提供了可行的管道同一大腦內的大腦成像。概念驗證演示涉及以五個數(shù)量級的分辨率對整個小鼠大腦進行成像，研究人員表示，這一步驟將更好地連接現(xiàn)有的成像方法并揭示有關大腦結構的新細節(jié)。
這一進展于 6 月 9 日發(fā)表在NeuroImage 上，將使科學家能夠在微觀和宏觀層面連接生物標志物，提高 MRI 成像的分辨率并為電子顯微鏡提供更大的背景。
“我們的實驗室非常有興趣在多個尺度上繪制大腦圖，以獲得對大腦外觀的公正描述，”資深作者、芝加哥大學神經生物學助理教授、阿貢神經科學研究員 Narayanan “Bobby” Kasthuri 醫(yī)學博士說。“當我加入這里的教職員工時，我學到的第一件事就是阿貢擁有這種極其強大的 X 射線顯微鏡，但它還沒有用于大腦映射，所以我們決定嘗試一下。”
顯微鏡使用一種稱為基于同步加速器的 X 射線斷層掃描的成像，它可以被比作“微型 CT”，或微型計算機斷層掃描。得益于阿貢同步加速器粒子加速器產生的強大 X 射線，研究人員能夠以一微米(1/10,000 厘米)的分辨率對整個小鼠大腦(大約一立方厘米)進行成像。收集整個大腦的圖像大約需要六個小時，總計大約 2 TB 的數(shù)據(jù)。這是在這種分辨率水平下進行全腦成像的最快方法之一。
MRI 可以快速成像整個大腦以追蹤神經元束，但分辨率不足以觀察單個神經元或其連接。另一方面，電子顯微鏡 (EM) 可以揭示單個突觸的細節(jié)，但會產生大量數(shù)據(jù)，這使得觀察體積大于幾微米的腦組織碎片在計算上具有挑戰(zhàn)性。現(xiàn)有的以微米分辨率研究神經解剖學的技術通常只是二維的，或者使用與 MRI 或 EM 成像不兼容的協(xié)議，因此無法使用相同的腦組織進行所有尺度的成像。
研究人員很快意識到他們的新微 CT 或 μCT 方法可以幫助彌合現(xiàn)有的分辨率差距。第一作者、研究助理教授 Sean Foxley 博士說：“有很多成像研究，人們使用 MRI 查看整個大腦水平，然后嘗試使用 EM 驗證這些結果，但分辨率存在不連續(xù)性。”在芝加哥大學。“當你查看 EM 數(shù)據(jù)集時，很難說你用 MRI 看到的大量組織，而 X 射線可以彌合這一差距?，F(xiàn)在我們終于有了可以讓我們看到所有層面的東西無縫的分辨率。”
結合他們在 MRI 和 EM 方面的專業(yè)知識，F(xiàn)oxley、Kasthuri 和他們團隊的其他成員選擇嘗試使用這三種方法繪制單個小鼠大腦圖。“我們?yōu)槭裁催x擇小鼠大腦?因為它適合顯微鏡，”Kasthuri 笑著說。“而且，老鼠是神經科學的主力;它們對于分析大腦中的不同實驗條件非常有用。”
在收集和保存組織后，該團隊將樣本放入 MRI 掃描儀中，以收集整個大腦的結構圖像。接下來，它被放置在美國能源部科學用戶設施辦公室高級光子源的 μCT 掃描儀的旋轉臺上，以收集 CT 數(shù)據(jù)，然后在腦干和小腦中識別出特定的感興趣區(qū)域以用于 EM。
標簽： 小鼠大腦
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