二号站平台_2号站代理注册登录中心

二号站平台新的x射线显微镜技术可以帮助加快绘制神经回路的努力

未知

2号站招商找谁

神经科学的重大任务之一是建立一幅精确的大脑地图,绘制出所有的神经元以及它们之间的联系。这种连接图被称为连接体,有望帮助阐明细胞集合是如何共同产生思想、记忆、行为和无数其他功能的。
 
现在,哈佛医学院、波士顿儿童医院和欧洲同步辐射设备(ESRF)的研究人员已经证明,一种新的x射线显微镜技术可以帮助加快绘制神经回路和最终绘制大脑本身的工作。
 
在9月14日的《自然神经科学》杂志上,研究小组描述了x射线全息纳米断层扫描(XNH)是如何在高分辨率下对小鼠大脑和果蝇神经组织的相对大容量成像的。
 
结合人工智能驱动的图像分析,他们重建了密集的3D神经回路,2号站注册登录全面分类神经元,甚至追踪从肌肉到果蝇中枢神经系统的单个神经元。
 
我们认为这将为理解大脑,包括它是如何组织的以及它的功能背后的回路,开辟新的途径。这类知识可以为我们了解神经紊乱、影响大脑结构的疾病等提供基础知识。”
 
Wei-Chung Allen Lee,共同通讯作者,波士顿儿童医院的神经学助理教授
 
根据作者的说法,在发现神经回路等生物学问题上,x射线显微镜比目前基于电子显微镜(EM)的方法有几个优势。
 
“我们认为XNH可以给神经科学带来很多价值,因为我们现在可以在更短的时间内访问更大的图书,”ESRF的科学家亚历山德拉·帕库拉努(Alexandra Pacureanu)说。“这是绘制神经回路的新方法的开始。”
 
光速
 
研究连接体是一个巨大的挑战。例如,人类的大脑有大约1000亿个神经元,其中有100万亿个神经连接,大约是1000个星系中恒星的数量。
 
在动物模型中,科学家们已经取得了显著的进展,比如对果蝇的整个大脑进行成像,主要是采用连续的大脑切片,每个切片比人的头发细1000倍,然后用电子显微镜对切片进行成像,再将图像拼接起来进行分析。
 
这种方法的成本在时间和资源方面是令人望而却步的,它需要大量的电子显微镜图像,而这些图像的视场很窄,甚至需要花费大量的精力来重建小的神经回路。该研究的作者说,需要新的成像方式来加速这方面的努力。
 
为此,李的研究神经回路组织和功能的实验室与擅长x射线显微镜和神经成像的Pacureanu合作。由共同第一作者亚伦·关(HMS的神经生物学研究员)和贾斯珀·菲尔普斯(哈佛大学神经科学项目的研究生)带头,该团队专注于将XNH应用于神经组织。
 
这项技术的工作原理类似于CT扫描,它使用旋转的x射线来创建连续的身体横断面图像。相比之下,XNH将一个旋转的组织样本暴露在ESRF同步加速器的高能x射线下,从而在844米的环内将电子加速到接近光速。
 
与标准x射线成像不同的是,标准x射线成像依赖于x射线通过组织时的衰减差异,XNH根据样品引起的光束的微妙相移变化来生成图像。后一种方法增加了灵敏度,并与低温条件下的成像相结合,有助于保存和保护标本免受x射线能量的破坏。
 
必须对XNH生成的图像进行解释,以确定哪些结构是神经元。该团队通过应用深度学习来解决这个问题,深度学习是一种越来越多地应用于人脸或物体识别等应用的人工智能技术。
 
作为原理证明,研究人员扫描了毫米大小的小鼠和果蝇神经组织,重建了3D图像,达到了87纳米左右的分辨率。这足以全面地可视化神经元并追踪单个的神经元突,神经元的投射形成了神经回路的线路。
 
重要的是,这些重建需要几天时间才能完成,相比之下,使用连续电磁切片重建类似体积需要数月甚至数年时间。
 
表单功能
 
在老鼠的大脑中,研究小组观察了一个参与整合感觉刺激和知觉决策的皮层区域。之前的EM研究已经注意到这个区域所谓的锥体神经元的有趣的结构特征,但是由于视野的限制,样本大小被限制在每个数据集大约20个神经元。

发表评论 (已有 条评论)

评论列表

    快来评论,快来抢沙发吧~