中安在線 中安新聞客戶端訊 記者7月26日從中國科大獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院深圳先進技術(shù)研究院畢國強教授、劉北明教授與國內(nèi)外學(xué)者合作，通過自主研發(fā)的高通量三維熒光成像VISoR技術(shù)和靈長類腦圖譜繪制流程，實現(xiàn)對獼猴大腦的微米級分辨率三維解析。相關(guān)成果7月26日發(fā)表于《自然·生物技術(shù)》。
腦圖譜解析是神經(jīng)科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。大腦功能由其近千億個神經(jīng)細胞以及細胞之間纖細而復(fù)雜的連接來實現(xiàn)。深入理解大腦的運轉(zhuǎn)機制，需要給大腦繪制一幅三維高清地圖。目前，國際通用成像技術(shù)對小鼠進行微米分辨率全腦成像通常需要數(shù)天，獼猴腦體積為鼠腦的200倍以上，在較短時間內(nèi)完成全腦成像是一項極大挑戰(zhàn)。
為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，該團隊經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)，研發(fā)了VISoR高速三維熒光成像技術(shù)。該技術(shù)作為當(dāng)前世界最快的大尺度三維組織成像方法，可對各種模型動物大腦進行高通量、高精度的定量解析，并可擴展至其它組織器官，在大規(guī)模藥物篩選、快速病理診斷以及更大型生物樣品成像等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。這項技術(shù)產(chǎn)生的超大規(guī)模數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)結(jié)合，將有望幫助理解人類大腦和身體器官的精細結(jié)構(gòu)及其在疾病中的變化規(guī)律，加速醫(yī)療診斷和藥物研發(fā)。
除了成像通量的挑戰(zhàn)，對獼猴腦進行高分辨全腦成像還面臨溝回結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組織透明度差等多方面的困難。該團隊采取先對離體大腦進行包埋切片的方式，使得溶液滲透效率僅依賴于切片厚度，而不受其大小的影響，并且發(fā)展了高折射率的組織透明化方法，讓腦片的灰質(zhì)與白質(zhì)不同部分、不同深度達到均勻透明。然后，通過改進的高速三維熒光成像系統(tǒng)，在100小時內(nèi)完成對獼猴全腦樣品1×1×2.5微米三維分辨率的圖像采集，兩只獼猴大腦圖像原始數(shù)據(jù)量超過1 PB。該團隊還開發(fā)了自動三維圖像拼接技術(shù)和漸進式半自動追蹤技術(shù)，實現(xiàn)了獼猴大腦的三維圖像重建和神經(jīng)元軸突纖維的長距離追蹤。
美國科學(xué)院院士、華盛頓大學(xué)教授大衛(wèi)·馮·埃森認為，獼猴為理解人類大腦健康和疾病提供了最佳模型系統(tǒng)，在其整腦水平繪制神經(jīng)元長距離連接是一個驚人的技術(shù)進步，對理解大腦形態(tài)發(fā)生和連接方式具有深遠的意義。（通訊員 桂運安 記者 汪喬）