全腦精(jīng)細成像技(jì )術簡介及其應用(yòng)

時間：2024-03-25 熱度：255

全腦成像技(jì )術原理(lǐ)及特點

理(lǐ)解腦功能(néng)的機理(lǐ)，需要獲取神經元的完整形态以及全腦神經元結構圖譜，因此，發展全腦精(jīng)細成像的方法至關重要。全腦成像工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)類似用(yòng)衛星給地球做全景掃描，其空間分(fēn)辨精(jīng)度達到亞微米級，不足一根頭發絲粗細的1/60。利用(yòng)光學(xué)成像手段，不僅可(kě)以看到局部神經連接，還能(néng)在全腦範圍觀察構建神經網絡的三維“公(gōng)路”和“鐵路”。

顯微光學(xué)切片斷層成像（Micro-Optical sectioning tomography，MOST）系統是一種基于機械切削的全腦成像系統，該系統利用(yòng)成像系統對樣本表面進行成像，利用(yòng)切片機對塑性包埋的樣本進行表面組織切除，繼續對新(xīn)的表面成像，最終實現了軸向分(fēn)辨率為(wèi)1um的完整鼠腦數據集的采集。MOST 系統相對應的樣本類型是尼氏和高爾基染色的非熒光标記的樣本。針對熒光标記樣本研究的熒光顯微鏡光學(xué)切片斷層成像系統（fMOST），包括有(yǒu)單光子fMOST、雙光子fMOST以及基于結構光照明的全腦精(jīng)準成像系統（brain-wide positioning system,BPS）。其中(zhōng)，單光子fMOST和雙光子fMOST系統采用(yòng)點掃描的成像方式，成像時間長(cháng)；BPS 系統采用(yòng)結構光照明模式，成像速度快，切削和成像分(fēn)離，成像使用(yòng)汞燈作(zuò)為(wèi)光源，因此，可(kě)以在全腦實現快速高分(fēn)辨成像，不僅能(néng)滿足神經環路水平的成像，還能(néng)滿足神經元精(jīng)細形态的獲取。

各類MOST系統都是面向哺乳動物(wù)全腦大樣本、全自動運行的儀器，解決了以往神經科(kē)學(xué)實驗中(zhōng)依靠手工(gōng)操作(zuò)、圖像不連續、成像範圍小(xiǎo)、空間分(fēn)辨率低、通量小(xiǎo)、信息不完整等問題，将研究水平從局部平面成像，提升到全腦三維信息的獲取。

全腦成像技(jì )術的應用(yòng)

根據研究目的的不同，全腦成像可(kě)以分(fēn)為(wèi)組織水平、突起水平和軸突水平的成像。組織水平成像以斷層厚度約在數十至百微米水平進行三維重建為(wèi)目的，建立結合振動切片方式的全自動快速顯微光學(xué)成像系統，以及光片照明成像系統。可(kě)獲取熒光标記的特定類型神經元在全腦的分(fēn)布信息、神經投射信息，以及對樣本切片收集後，繼續做免疫學(xué)檢測。共聚焦顯微鏡系統和全自動快速顯微光學(xué)成像系統目前可(kě)以實現僅用(yòng)一天時間完成小(xiǎo)鼠全腦細胞的熒光分(fēn)布和強度的圖像采集。

突起水平成像以在大體(tǐ)積、甚至全腦範圍獲取長(cháng)程或局部神經環路高分(fēn)辨結構信息為(wèi)目的，建立具(jù)有(yǒu)亞微米分(fēn)辨率的結構光照明熒光顯微成像系統。這種成像技(jì )術不僅可(kě)以獲取細小(xiǎo)如長(cháng)程軸突、樹突的信息，還能(néng)同時提供細胞構築的空間定位信息。此外，這種成像系統還可(kě)以在全腦範圍獲取血管網絡信息。

軸突水平成像适用(yòng)于在大體(tǐ)積、甚至全腦範圍獲取稀疏标記的神經元完整形态，以普查細胞類型的需求為(wèi)目的。軸突是單個神經元中(zhōng)最大的功能(néng)結構，通常軸突具(jù)有(yǒu)豐富的分(fēn)支，而且長(cháng)程投射範圍可(kě)能(néng)達多(duō)個腦區(qū)，神經元的形态特征是對其進行分(fēn)類的主要方法。

全腦精(jīng)細成像檢測的工(gōng)作(zuò)流程

腦組織染色/标記→腦組織取材及處理(lǐ)→塑性包裝(zhuāng)→成像→數據分(fēn)析→分(fēn)析結果輸出。