獼猴大腦三維結(jié)構(gòu)解析進(jìn)入微米級(jí) 為理解人類大腦健康提供模型系統(tǒng)

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校畢國強(qiáng)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(shí)現(xiàn)對(duì)獼猴大腦的微米級(jí)分辨率三維解析。相關(guān)成果26日發(fā)表于《自然·生物技術(shù)》。

大腦功能由其近千億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞以及細(xì)胞之間纖細(xì)而復(fù)雜的連接來實(shí)現(xiàn)。深入理解大腦的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)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(duì)小鼠進(jìn)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(shí)間內(nèi)完成全腦成像是一項(xiàng)極大挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)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(duì)各種模型動(dòng)物大腦進(jìn)行高通量、高精度的定量解析，并可擴(kuò)展至其他組織器官。

對(duì)獼猴腦進(jìn)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(tuán)隊(duì)采取先對(duì)離體大腦進(jìn)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(dá)到均勻透明。然后，通過改進(jìn)的高速三維熒光成像系統(tǒng)，在100小時(shí)內(nèi)完成對(duì)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1PB。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)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(gè)驚人的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)理解大腦形態(tài)發(fā)生和連接方式具有深遠(yuǎn)的意義。(吳長鋒)