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分辨率提高16倍！新型顯微鏡技術(shù)清晰重現(xiàn)大腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)
2025年05月12日 10:19:58
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：2343
近日，奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（ISTA）和谷歌研究院團隊開發(fā)的一種新型顯微鏡技術(shù)“LICONN”（基于光學(xué)顯微鏡的連接組學(xué)），為揭開大腦奧秘提供了助力。
人腦是非常復(fù)雜的生物系統(tǒng)，擁有上千億個神經(jīng)細(xì)胞(神經(jīng)元)；神經(jīng)元之間有復(fù)雜的神經(jīng)纖維連接，通過百萬億個連接點(突觸)，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和主導(dǎo)各種腦功能的神經(jīng)環(huán)路。要理解這個復(fù)雜的系統(tǒng)，就需要超高分辨率的光學(xué)設(shè)備輔助觀察。
就在近日，奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（ISTA）和谷歌研究院團隊開發(fā)的一種新型顯微鏡技術(shù)“LICONN”（基于光學(xué)顯微鏡的連接組學(xué)），為揭開大腦奧秘提供了助力。相關(guān)論文發(fā)表于《自然》雜志。
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以及健康需求的不斷提升，腦科學(xué)研究不僅可以使我們理解認(rèn)知、思維、意識和語言等腦功能原理，對人類認(rèn)識自身有重大科學(xué)意義，還能夠?qū)Ω鞣N腦功能神經(jīng)基礎(chǔ)進行解析，對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義，腦科學(xué)所啟發(fā)的類腦研究也將推動新一代人工智能和新型信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
新型顯微技術(shù)“LICONN”能夠重現(xiàn)腦組織以及神經(jīng)元之間的所有突觸連接。它利用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡進行圖像采集，并將復(fù)雜的分子機制與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)可視化。就像一個“拼圖高手”，將每個突觸連接正確地與其對應(yīng)的神經(jīng)元相連，組裝出復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)。
要獲得高清晰細(xì)節(jié)，分辨率必須極高，在幾十納米左右。為此，在此次研究中，科研團隊利用了水凝膠的化學(xué)和物理特性。水凝膠能吸水膨脹，但膨脹過程受到嚴(yán)格控制。他們將大腦組織嵌入水凝膠中。細(xì)胞成分與水凝膠相連，使細(xì)胞的精細(xì)超微結(jié)構(gòu)被印在水凝膠上，保留下來以供顯微鏡觀察。
傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率通常為250—300納米，新技術(shù)將有效分辨率提高了16倍，達(dá)到了20納米以下。
與此同時，谷歌的人工智能技術(shù)能在更大范圍內(nèi)自動識別神經(jīng)元及其復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使重建所有細(xì)胞成分這一艱巨任務(wù)變得切實可行。
通過遵循這一全面的流程，團隊創(chuàng)建了大腦網(wǎng)絡(luò)的3D渲染圖，不僅精確地重現(xiàn)大腦組織，還可視化了神經(jīng)元連接和網(wǎng)絡(luò)。科研團隊表示，新型顯微技術(shù)“LICONN”使科學(xué)家離拼裝出哺乳動物大腦圖更近了一步，也有助于更好地理解大腦在健康和疾病狀態(tài)下的功能。未來，隨著技術(shù)的優(yōu)化升級，更高分辨率、更高精確度的顯微技術(shù)有望問世，為醫(yī)療科學(xué)研究等領(lǐng)域提供堅實支撐。
素材來源：科技日報
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