據(jù)華中科技大學(xué)報道 美國當(dāng)?shù)貢r間11月5日,，第330期《科學(xué)》（Science）刊發(fā)了題為“顯微光學(xué)切片層析成像獲取小鼠全腦高分辨率圖譜”的論文。該論文由華中科技大學(xué)武漢光電國家實驗室（籌）生物醫(yī)學(xué)光子研究中心駱清銘教授帶領(lǐng)的科研組在校完成,。
該論文由武漢光電國家實驗室（籌）生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究中心的李安安,、龔輝,、張斌、王青蒂,、嚴程,、吳景鵬、劉謙,、曾紹群,、駱清銘組成的科研組完成。其中,，駱清銘教授為責(zé)任作者,，李安安、龔輝,、張斌為共同第一作者,。
據(jù)介紹,，2002年3月，駱清銘就開始帶領(lǐng)其科研組,，研制顯微光學(xué)切片層析成像系統(tǒng),，以獲取小鼠全腦神經(jīng)元連接信息。2006年,，李安安等人加入研究團隊,。經(jīng)過八年的潛心研發(fā)，科研組建立了可對數(shù)厘米大小樣本進行亞微米水平精細結(jié)構(gòu)三維成像的方法和技術(shù),，發(fā)明并研制了一臺顯微光學(xué)切片層析成像系統(tǒng),。
科研組使用研制的系統(tǒng)，對制備好的鼠腦為樣本,，全自動連續(xù)242小時進行了數(shù)據(jù)采集,，共獲得15380層像素分辨率為0.3×0.3微米的冠狀斷面圖像。同時,，科研組利用高定位精度的三維移動平臺，及在切片中采用對先采取到的信息進行驗證分析的方法,，對圖像準確定位和預(yù)處理,，實現(xiàn)了突起水平的小鼠全腦結(jié)構(gòu)成像，獲得了一套來自同一只老鼠的全腦組織切片圖譜,。這種介觀水平的小鼠全腦神經(jīng)解剖圖譜,，為數(shù)字化鼠腦結(jié)構(gòu)和腦功能仿真研究提供了重要的基礎(chǔ)性實驗數(shù)據(jù)參考。
審稿人評價說,，此篇論文內(nèi)容新穎,，會引起從事連接領(lǐng)域研究人員的高度興趣，論文以方法為主要中心,，同時描述了鼠腦高爾基結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)集,，是目前最大的也是分辨率最高的鼠腦突起結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集。
顯微光學(xué)切片層析成像系統(tǒng)有望用于構(gòu)建不同腦疾病鼠全腦的圖片,，及鼠全腦內(nèi)血管微循環(huán)的精細結(jié)構(gòu)網(wǎng),。結(jié)合熒光鼠腦樣本技術(shù)的進展，還可以高分辨地獲得鼠腦功能連接圖譜,。此外,，顯微光學(xué)切片層析系統(tǒng)可以推廣應(yīng)用到對其他數(shù)厘米大小的昆蟲、動物的胚胎,、局部器官,、植物、甚至某些材料等進行高分辨率三維結(jié)構(gòu)成像,。(生物谷Bioon.com)
生物谷推薦英文摘要：
Science DOI: 10.1126/science.1191776
Micro-Optical Sectioning Tomography to Obtain a High-Resolution Atlas of the Mouse Brain
Anan Li,* Hui Gong,* Bin Zhang,* Qingdi Wang, Cheng Yan, Jingpeng Wu, Qian Liu, Shaoqun Zeng, Qingming Luo
The neuroanatomical architecture is considered to be the basis for understanding brain functions and dysfunctions. However, existing imaging tools have limitations for brainwide mapping of neural circuits at a mesoscale level. We developed a Micro-Optical Sectioning Tomography (MOST) system that can provide micron tomography of a centimeter-sized whole mouse brain. Using MOST, we obtained a 3D structural dataset of a Golgi-stained whole mouse brain at the neurite level. The morphology and spatial locations of neurons and traces of neurites can be clearly distinguished. We found that neighboring Purkinje cells are sticking to each other.
Britton Chance Center for Biomedical Photonics, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics–Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, P. R. China.
附：第330期《科學(xué)》“每周新聞”（NEWS OF THE WEEK）欄目對該論文發(fā)表的“編者按”文章的中文翻譯(含更正)
中國的腦圖譜工作者繪制出放大的腦神經(jīng)連接圖
克里斯坦.米諾格（Kristen Minogue）
任何在商界的人,，或者只是美國電視節(jié)目《誰是接班人》的粉絲，都應(yīng)該知道“連接”的重要性。神經(jīng)科學(xué)家們同樣也明白,，這也是為什么一個來自中國的研究團隊需要竭盡全力地創(chuàng)造出至今為止最精細的小鼠全腦神經(jīng)元三維連接圖譜,。該工作目前已在本周的《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表。研究人員認為,，盡管在本次發(fā)表的文章中未涉及驚人的發(fā)現(xiàn),，但文章中所提供的數(shù)據(jù)和全新的自動化腦圖譜獲取儀器將會為未來的研究提供重要基礎(chǔ)。
來自洛杉磯南加州大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家米哈伊爾?波塔（Mihail Bota）說,，要了解腦功能或功能異常,，獲取神經(jīng)元間的完整連結(jié)圖譜至關(guān)重要。如果在不清楚這種細胞回路連接的情況下去理解大腦,，就好比你想組裝一輛汽車,，有所有正確的零部件，但不知道它們?nèi)绾芜B接：“你不知道信號是如何輸入的,，也不知道是如何輸出的,，更不知道信號是如何被處理的”。
這個新的腦圖譜項目與近期另外幾家單位的工作相似,，但沒有一家能達到與中國研究成果類似的精細程度,。去年，加州的一個研究團隊開始對心理學(xué)上最著名的失憶人亨利?古斯塔夫?莫萊森（Henry Gustav Molaison）的腦進行切片,，希望找到究竟是什么擾亂了他的長期記憶（Science, 26 June 2009, p. 1634）,。此外，在2006年,，位于華盛頓州西雅圖市的艾倫腦科學(xué)研究所耗資四千一百萬美元獲取了一套三維小鼠腦圖譜,。該圖譜記載了細胞水平分辨率的基因表達分布，目前已經(jīng)以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的形式向神經(jīng)科學(xué)家開放,。
但是上述項目都不具備足夠的成像分辨率,，無法在全腦范圍觀察到連接所有神經(jīng)細胞的軸突和樹突。為了完成這個艱巨的任務(wù),，在駱清銘的率領(lǐng)下,，來自中國華中科技大學(xué)武漢光電國家實驗室布立頓?強斯生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究中心的研究者們，將傳統(tǒng)的切片-掃描技術(shù)應(yīng)用在一種全新的自動模式中,。當(dāng)厘米大小的腦從小鼠體內(nèi)取出后,，先浸泡在染料中進行長達六個月細胞染色，然后脫水和包埋,。之后,，他們將制備好的鼠腦安裝在自主研發(fā)的顯微光學(xué)切片層析成像儀器上切片和成像。該儀器的組成包括一個能對組織進行微米級切片的金剛石刀具,，一個光學(xué)顯微鏡,，以及一個能連續(xù)采集圖像的圖像采集裝置,。最終獲取了一個總數(shù)據(jù)量為8萬億字節(jié)的小鼠全腦圖譜，整個圖像采集不間斷地連續(xù)進行了10天,。
來自波士頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家杰森.布蘭德（Jason Bohland）說,，揭示大腦中準確的神經(jīng)連接關(guān)系非常重要，因為很多復(fù)雜的大腦疾病,，比如自閉癥或精神分裂癥,，可能是由大腦內(nèi)回路連接出現(xiàn)的問題所導(dǎo)致的。他說,，神經(jīng)科學(xué)家們越來越強烈的感覺到,，社會或語言功能障礙很有可能是由神經(jīng)細胞之間的連結(jié)通路紊亂所引起的。為了在細胞回路水平弄清楚大腦內(nèi)究竟發(fā)生了什么,，科學(xué)家們需要更加精細的圖譜,。杰森?布蘭德還說，“在腦區(qū)上不會出現(xiàn)的復(fù)雜行為,，在神經(jīng)回路水平上卻會出現(xiàn)”,。
艾倫腦科學(xué)研究所的神經(jīng)科學(xué)家，凱利.歐瓦里（Kelly Overly）說,，這批新的精細圖像提供了一個更廣闊,、更全面的大腦圖譜，盡管它更加強調(diào)大腦的結(jié)構(gòu),，而不是生物學(xué)特征。盡管如此,，它仍然可以為更具體,、更有針對性的研究提供一個有價值的比較工具。布蘭德說,，“基于這套數(shù)據(jù),，人們還可以做很多很多工作。”
