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  • 单独跟踪的水果右半球多巴胺能神经元脑飞,支配扇形体(绿色),椭球体(品红色),和noduli(绿色)。

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    图像:研究人员礼貌

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  • 在小鼠初级躯体感觉皮层锥体神经元(橙色)的子集。与突触后蛋白HOMER1相关联的树突棘以黄色突出显示。

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  • 在果蝇大脑的椭球体多巴胺能神经元,通过3D深度颜色编码。

    在果蝇大脑的椭球体多巴胺能神经元,通过3D深度颜色编码。

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  • 锥体神经元(黄色),和对突触前(青色),并与在小鼠初级躯体感觉皮层中的神经元相关联的突触后(品红色)的蛋白质的子集。

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映射在高分辨率大脑

单独跟踪的水果右半球多巴胺能神经元脑飞,支配扇形体(绿色),椭球体(品红色),和noduli(绿色)。

新的3-d成像技术可以揭示,速度远远超过其他方法,神经细胞在整个大脑的连接方式。


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萨拉·麦克唐纳
电子邮件: s_mcd@mit.edu
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研究人员已经开发出一种新的方式来形象以前所未有的分辨率和速度的大脑。使用这种方法,他们可以找到单个神经元,它们之间的跟踪连接和可视化的神经元细胞器内,在大量的脑组织。

新技术结合用于扩展脑组织,以更高的分辨率使得能够图像,与被称为点阵光片显微镜快速3-d显微技术的方法。在一份文件中出现 科学 一月17,研究人员发现,他们可以利用这些技术来拍摄整个果蝇的大脑,以及小鼠大脑的大片,速度远远超过先前可能。该团队包括来自澳门太阳城最新网站的研究人员,加州大学伯克利分校的大学,霍华德休斯医学研究所和哈佛医学院/波士顿儿童医院。

这项技术使研究人员能够大规模电路大脑内的映射,同时还提供独特的见解单个神经元的作用爱德华·博伊登中,y说。 EVA谭教授在神经技术,以及脑与认知科学的生物工程澳门太阳城最新网站的副教授,和澳门太阳城最新网站的脑研究,媒体实验室麦戈文研究所的成员,并科赫研究所综合癌症研究。

“大量的生物学问题是多尺度,”博伊登说。 “使用晶格光片显微镜,与膨胀过程显微镜沿,我们现在可以在大规模图像而不丧失生物分子的纳米级结构的视线”。

博伊登是研究报告的主要作者之一,艾力克·贝齐格,在珍利亚农场研究园区的高级研究员,并在加州大学伯克利分校物理和分子和细胞生物学教授一起。该论文的主要作者是澳门太阳城最新网站博士后瑞宣高,前澳门太阳城最新网站博士后shoh浅野,和哈佛医学院助理教授srigokul upadhyayula。

大型成像

在2015年,博伊登的实验室开发了一种方法来生成脑组织的非常高的分辨率的图像用普通光学显微镜。他们的技术依赖于在约60纳米的分辨率成像它,从而允许它们的图像组织之前扩大组织。以前,这种成像的可能只有非常昂贵的高分辨率显微镜,被称为超分辨率显微镜来实现的。

在新的研究中,博伊登与betzig联手和他的同事们在HHMI的珍利亚农场研究园区扩容显微镜格子光片显微镜相结合。这项技术,它betzig几年前开发的,具有使其理想与扩张显微镜配对的一些关键特性:它可以像大样本迅速,并导致比其他荧光显微技术的光损伤少得多。

“带扩展显微镜的晶格光片显微镜的结婚是必不可少的,以实现灵敏度,分辨率,且我们已做成像的可扩展性,”高说。

成像扩大组织样本产生的海量数据 - 高达几十每个样品TB的 - 因此研究人员也不得不设计出可以将数据分解成更小的块高度并行计算的图像处理技术,分析它,并缝合回在一起成一个连贯的整体。

在里面 科学 论文中,研究者通过在小鼠中的躯体感觉皮层神经元成像的层,四倍扩大组织体积后证明他们的新技术的力量。它们集中在一个类型的神经元被称为锥体细胞,在神经系统中发现的最常见兴奋性神经元中的一个的。定位突触,或连接,这些神经元之间,它们在标记细胞的突触前和突触后的区域中发现的蛋白质。这也让他们的突触密度比较皮层的不同部分。

澳门太阳城最新网站的研究已发展到执行大规模,脑组织的三维成像的方法。在这里,他们像整个果蝇大脑。

使用这种技术,它可以分析数以百万计的突触在短短几天。

“我们计算突触后标记簇跨皮质,我们看到在皮质的不同层突触密度的差异,”高说。 “使用电子显微镜,这将采取年时间才能完成。”

研究人员还研究了不同的神经元轴突髓鞘形成的图案。髓磷脂是一种脂肪物质绝缘轴突和其破坏是多发性硬化的一个标志。研究人员能够计算在轴突的不同段的髓磷脂涂层的厚度,并且它们测定髓鞘的延伸段,因为它们有助于传导电信号,其是重要的之间的间隙。以前,这种髓鞘追踪将需要几个月到几年的人工注释执行。

该技术还可以用于神经元内图像微小的细胞器。在新文件中,研究人员确定线粒体和溶酶体,并且它们还测量在这些细胞器的形状的变化。

电路分析

研究人员证明,这种技术可用于分析来自其它生物,以及脑组织;他们是用来成像果蝇,这是一个罂粟籽大小,包含约100,000元的整个大脑。在一组实验中,他们跟踪跨越几个脑区域延伸的嗅觉电路,成像所有多巴胺能神经元,和整个大脑计数全部突触。通过比较多的动物,他们还发现在数量和每个动物的嗅觉电路内部的分歧突触终扣的安排。

在今后的工作中,博伊登设想,这种技术可以用来跟踪控制记忆的形成和回忆电路,研究如何输入感官导致具体行为,或者分析的情绪是如何连接到决策。

“这些都是在一个规模,你不能用传统的技术,回答所有问题,”他说。

该系统还可以有超越神经科学的应用,博伊登说。他的实验室正在计划与其他研究人员合作,研究HIV如何逃避免疫系统,而且技术也可以适用于研究癌细胞如何与周围的细胞,包括免疫细胞相互作用。

该研究是用k资助。丽莎杨和y。 EVA棕褐色,约翰·杜尔,开慈善项目,美国国立卫生研究院,霍华德休斯医学研究所的霍华德休斯医学研究所 - 西蒙斯教授学者项目,美国美国陆军研究实验室和陆军研究办公室,美国和以色列两国的科学基础,生物遗传,和伊奥尼斯药品。


主题: 研究, 脑与认知科学, 生物工程, 媒体实验室, 麦戈文研究所, 工程学院, 科学学院, 建筑与规划学院, 科赫研究所, 美国国立卫生研究院

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