驚人的新技術(shù)圖像阿爾茨海默氏癥的大腦在各個層面上都發(fā)生了變化，同時發(fā)生

研究人員將不再需要在研究單個人腦作為碎片圖像的拼湊或遙遠(yuǎn)的，大型結(jié)構(gòu)的像素化視圖.

相反，由美國團隊開發(fā)的一種新的成像平臺將腦細(xì)胞的更精細(xì)的細(xì)節(jié)、它們的連接和內(nèi)容與支撐大腦整體結(jié)構(gòu)的整個神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的全腦圖譜無縫地結(jié)合在一起。

大腦生物學(xué)的這些元素存在于截然不同的尺度上，從納米級突觸間隙自厘米長的大腦區(qū)域，到目前為止，這需要來自多個大腦的多個樣本，以便在不同平臺上使用各種技術(shù)進(jìn)行分析。

在首次在人體組織上展示的用途中，對兩個整個大腦進(jìn)行成像，該平臺揭示了一個人的大腦中的明顯變化阿爾茨海默氏癥疾病。

新平臺包括三個核心元素，分別以“前所未有的分辨率和速度”對腦組織進(jìn)行切片、處理和成像。根據(jù)研究開發(fā)它的團隊，由麻省理工學(xué)院（MIT）的化學(xué)工程師Kwanghun Chung領(lǐng)導(dǎo)。

首先，一種創(chuàng)新設(shè)備將腦組織切成幾部分。它使用精心調(diào)整的振動來避免磨損，將細(xì)胞干凈地分離成令人難以置信的薄片，而不會錯位它們的連接。

然后，一種化學(xué)技術(shù)可逆地將這些組織切片轉(zhuǎn)化為有彈性的、可膨脹的組織水凝膠，使其成熟抗體蛋白質(zhì)和其他內(nèi)部物質(zhì)的標(biāo)記和高分辨率成像。

最后，計算工具將切片的組織“縫合”在一起，并繪制單個細(xì)胞之間的連接。然后，單個腦細(xì)胞的這些“投射組”可以與捕獲每個細(xì)胞中表達(dá)的分子的配置文件集成。

“我們需要能夠看到所有這些不同的功能成分——細(xì)胞、它們的形態(tài)和連接性、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及它們的單個突觸連接——最好是在同一個大腦中”，以便能夠比較整個大腦并發(fā)現(xiàn)個體差異，說涌。

“這項技術(shù)管道確實使我們能夠以完全集成的方式從同一個大腦中提取所有這些重要特征。

組織轉(zhuǎn)動的水凝膠輕輕地給組織切片充氣，以便可以清楚地成像;泵穩(wěn)定地向組織注入熒光染料，以在整個器官上產(chǎn)生一致的染色。

在令人眼花繚亂的平臺成像能力展示中，研究人員提供了一些例子，他們標(biāo)記了一個完整的大腦半球，然后放大以拍攝細(xì)胞電路的快照，然后是單個細(xì)胞及其在連接端的連接，稱為突 觸.

至于該平臺如何重建多個組織切片的這些連接，該計算機工具有一種算法，可以匹配離開一層并進(jìn)入相鄰層的血管，并跟蹤相鄰神經(jīng)元的延伸，稱為軸 突.

綜上所述，研究人員對兩個慷慨的捐贈者的整個大腦進(jìn)行了成像，一個患有阿爾茨海默病，另一個沒有。

他們發(fā)現(xiàn)了阿爾茨海默氏癥的常見病理特征，包括淀粉樣斑塊和 tau 纏結(jié)和萎縮的腦細(xì)胞，但它們的成像也捕捉到了一些更細(xì)微的差異。

阿爾茨海默氏癥患者的腦細(xì)胞軸突腫脹。富含tau蛋白和淀粉樣蛋白的區(qū)域的腦細(xì)胞也失去了保護性髓鞘覆蓋物，并從鄰居中撤出。

該團隊“支持神經(jīng)影像學(xué)研究，這些研究表明阿爾茨海默病晚期眶額葉皮層的連通性受到嚴(yán)重?fù)p害”在他們的論文中寫道.

然而，這個圖庫只代表了兩個大腦的一個快照。

科學(xué)家們已經(jīng)產(chǎn)生了一些非常詳細(xì)的圖像最近，放大了一立方毫米的腦組織，這是一項長達(dá)十年的努力，最終產(chǎn)生了 1.4 PB 的數(shù)據(jù)。

在阿爾茨海默氏癥等疾病中，對大腦在緩慢退化時如何變化進(jìn)行成像是一項艱巨的任務(wù)，因為研究人員經(jīng)常使用在某人生命結(jié)束時捐贈的死后腦組織，或者依賴傳統(tǒng)的全腦掃描如核磁共振成像，希望在疾病發(fā)作之前檢測變化.

目前還不清楚該平臺如何適應(yīng)腦成像技術(shù)進(jìn)展這些正在迅速展開，但該團隊樂觀地認(rèn)為，他們的系統(tǒng)將有助于刺激新療法的開發(fā)，并最大限度地從有價值的供體組織中提取信息量。

“這條管道使我們能夠幾乎無限制地接觸組織，”Chung說.“我們總是可以回去看看新的東西?！?/p>

該研究已發(fā)表在科學(xué).

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