芝加哥大學(xué)和美國能源部 (DOE) 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用現(xiàn)有的先進(jìn) X 射線顯微鏡技術(shù)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(nèi)的大腦成像。概念驗(yàn)證演示涉及以五個(gè)數(shù)量級的分辨率對整個(gè)小鼠大腦進(jìn)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(guān)大腦結(jié)構(gòu)的新細(xì)節(jié)。
這一進(jìn)展于 6 月 9 日發(fā)表在NeuroImage 上，將使科學(xué)家能夠在微觀和宏觀層面連接生物標(biāo)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(shí)驗(yàn)室非常有興趣在多個(gè)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(xué)神經(jīng)生物學(xué)助理教授、阿貢神經(jīng)科學(xué)研究員 Narayanan “Bobby” Kasthuri 醫(yī)學(xué)博士說。“當(dāng)我加入這里的教職員工時(shí)，我學(xué)到的第一件事就是阿貢擁有這種極其強(qiáng)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(jì)算機(jī)斷層掃描。得益于阿貢同步加速器粒子加速器產(chǎn)生的強(qiáng)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(gè)小鼠大腦(大約一立方厘米)進(jìn)行成像。收集整個(gè)大腦的圖像大約需要六個(gè)小時(shí)，總計(jì)大約 2 TB 的數(shù)據(jù)。這是在這種分辨率水平下進(jìn)行全腦成像的最快方法之一。
MRI 可以快速成像整個(gè)大腦以追蹤神經(jīng)元束，但分辨率不足以觀察單個(gè)神經(jīng)元或其連接。另一方面，電子顯微鏡 (EM) 可以揭示單個(gè)突觸的細(xì)節(jié)，但會產(chǎn)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(jì)算上具有挑戰(zhàn)性。現(xiàn)有的以微米分辨率研究神經(jīng)解剖學(xué)的技術(shù)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(jìn)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(gè)大腦水平，然后嘗試使用 EM 驗(yàn)證這些結(jié)果，但分辨率存在不連續(xù)性。”在芝加哥大學(xué)。“當(dāng)你查看 EM 數(shù)據(jù)集時(shí)，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(jié)合他們在 MRI 和 EM 方面的專業(yè)知識，F(xiàn)oxley、Kasthuri 和他們團(tuán)隊(duì)的其他成員選擇嘗試使用這三種方法繪制單個(gè)小鼠大腦圖。“我們?yōu)槭裁催x擇小鼠大腦?因?yàn)樗m合顯微鏡，”Kasthuri 笑著說。“而且，老鼠是神經(jīng)科學(xué)的主力;它們對于分析大腦中的不同實(shí)驗(yàn)條件非常有用。”
在收集和保存組織后，該團(tuán)隊(duì)將樣本放入 MRI 掃描儀中，以收集整個(gè)大腦的結(jié)構(gòu)圖像。接下來，它被放置在美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室高級光子源的 μCT 掃描儀的旋轉(zhuǎn)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(biāo)簽： 小鼠大腦
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