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用“块面”电子显微镜分析小鼠脑

来自胼call体的连续块面电子显微镜堆栈,中间切割,50个跟踪的有髓轴突出现,随机着色的MPI用于医学研究马克斯普朗克医学研究所的科学家团队开发了一种准备整体的方法小鼠大脑用于“块面”电子显微镜,这是获得鼠标大脑完整电路图的关键一步当我们看到,听到,思考和记忆时,大脑会发生什么?为了能够回答这样的问题,神经科学家需要有关大脑中数百万神经元如何相互连接的信息。海德堡马克斯普朗克医学研究所的科学家们已经朝着获得完整的电路图迈出了关键的一步。小鼠的大脑,神经科学的一个关键模型生物与Winfried Denk合作的研究小组开发了一种方法,用于制备整个小鼠大脑以进行特殊的显微镜检查过程。这样,可以检测脑组织的分辨率如此之高几乎每个神经元的精细扩展都是可见的神经元通过它们的扩展 - 轴突传递信息 - 并形成一个复杂的连接网络,为大脑中的所有信息处理提供基础在显微镜下分析这个网络是其中之一神经科学面临的最大挑战大多数轴突厚度不到1微米,有些甚至更小超过100纳米“电子显微镜是唯一具有足够高分辨率的显微镜,可以使彼此相邻的个别轴突彼此区分开来,”Winfried Denk说道,尽管它们的直径很小,轴突可以变得非常长并从一个延伸为了获得大脑的整体情况,研究人员必须分析大块组织2004年,与Denk合作的科学家开发了一种新方法,使他们能够做到这一点:“连续块面”扫描电子显微镜要使用这种方法检查组织,必须将其固定,染色并嵌入合成材料中这适用于小块组织,但到目前为止,对于小鼠大脑大小的组织是不可能的。在目前的研究中,来自Denk部门的Shawn Mikula成功地准备了一个小鼠大脑,使他能够使用块面显微镜分析它并追踪轴突Max Planck研究小组现在喜欢使用“连续块面”显微镜对整个大脑进行成像,以便他们可以研究整个小鼠大脑中的神经元连接。在他们的最新研究中,海德堡的研究人员证明了小鼠的大脑可以用使用“块面”电子显微镜对其进行整体分析的方法科学家面临的挑战是如何处理大块组织,使其均匀固定并染色到内部为此,他们开发了一个复杂的大脑在不同的固定和染色溶液中处理数天的过程用扫描电子显微镜观察,电子束扫描组织切片的表面因此单个电子显微镜图像对应于通过组织的横截面图获得三个组织的三维图像,使用传统方法切割成细小的部分,然后单独进行微观切割这种方法不仅乏味,而且也是错误的块面镜显微镜克服了这个问题这需要在显微镜中插入一整块纸巾并扫描表面然后才是薄切片​​,下面的层被扫描这使得更容易将数据组合在计算机上在对该方法进行初步分析时,科学家们按照50个随机选择的神经元的轴突进行了手工标记。使用这个过程可以清楚地重建轴突“然而,以这种方式追踪所有神经元需要很长时间。小鼠大脑由大约7500万个神经元组成,“Denk说,因此,图像评估必须自动化”我们的图像具有足够的分辨率和对比度来跟踪所有有髓鞘的轴突如果我们设法在未来几年扫描整个大脑,这应该提供计算机科学家开发必要的分析方法的主要动机“大脑连接的详细地图将对澄清神经元功能 “关于大脑功能的每一个理论都是基于大脑中相应信息路径的概念。我们发现节点之间的联系是非常重要的,这样我们才能区分不同的大脑功能模型,”Denk解释说:马克斯普朗克研究所图片:

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