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新X射线显微镜技能助力大脑地图准确领会

图片来自pixabay.com

神经科学的重大任务之一是领会准确的大脑地图,包含全部的神经元以及它们之间的衔接。大脑地图可帮忙研讨人员说明细胞调集是怎么协同发生思维、回忆、行为以及其他功用的。

美国哈佛医学院、波士顿儿童医院和欧洲同步辐射设备的研讨团队9月14日在《天然神经科学》杂志发文称,他们使用X射线全息纳米断层扫描技能在高分辨率下对小鼠大脑和果蝇神经安排进行了成像。这或许能加快神经回路及大脑的领会作业进程。

此外,结合人工智能驱动的图画剖析,研讨人员还重建了密布的3D神经回路,对神经元进行了全面分类,并在果蝇中追寻到了从肌肉到中枢神经系统的单个神经元。

论文作者、波士顿儿童医院的神经学助理教授Wei-Chung Allen Lee说:“咱们以为,这将为了解大脑拓荒新途径,并协助人们了解神经紊乱、影响大脑结构的疾病。”

神经衔接体研讨是一个巨大的应战,由于人类大脑大约有1000亿个神经元,100万亿个神经衔接。之前,科学家们现已在动物模型中取得了必定发展:使用电子显微镜对果蝇大脑的接连切片进行成像,再将图画拼接起来进行剖析。但这种办法需求消耗很多的时刻和资源。为了开发新的成像方法,Lee等与专攻X射线显微镜和神经成像的Pacureanu实验室协作,开端测验将XNH使用于神经安排。

XNH的作业原理是,将旋转的安排样本暴露在挨近光速的高能X射线下,依据样品引起的光束的奇妙相移改变生成图画。比较规范X射线成像,XNH的灵敏度更高。此外,经过与低温成像技能相结合,XNH还能维护标本免受X射线能量的损坏。

为了对XNH生成的图画进行解说,研讨小组使用了深度学习技能。作为原理证明,研讨人员扫描了小鼠和果蝇的神经安排,重建了分辨率达87纳米左右的3D图画。这足以让研讨人员全面可视化神经元并追寻单个神经突。重要的是,重建进程只需几天时刻就能完结。

论文作者、ESRF科学家Alexandra Pacureanu表明:“这项技能曾经也曾被使用于神经安排,但从未到达这次的高质量和高分辨率,咱们现已证明,咱们可以获取满足分辨率用于追寻神经突,并将研讨方向转向衔接体。”

现在,XNH的分辨率还不足以可视化突触,研讨人员需要凭借电子显微镜数据进行比对剖析。研讨人员正致力于进一步优化XNH在生物安排成像中的使用。

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