客服热线：
手机版
二维码
近年来，成像活体动物大脑的技术促进了重要的科学进步。近日，清华大学的研究人员首次报道了一种方法，通过在活老鼠头部植入的玻璃窗口，可以在不同深度同时成像大脑的多个区域。
研究人员表示，由于大脑的处理过程通常会跨越大脑的多个区域，这会使观测者更全面的理解大脑在健康和疾病状态下是如何工作的。许多脑功能和神经系统疾病与不同的脑区有关。例如，记忆机制涉及大脑皮层和海马体的相互作用，自发的癫痫样活动经常在几秒钟内从病变部位扩散到整个大脑皮层甚至海马体。
研究人员将在7月19-23日举行的虚拟OSA成像和应用光学大会上介绍这项研究。“该方法实现了大脑浅表皮层和深部区域的宽视野的同时成像，视频速率采集和细胞分辨率能够充分符合研究这些问题的需求。我们认为这种方法可以促进大脑和疾病的研究，带来伟大的发现。”研究人员表示。
在这项新工作中，研究人员展示了在活老鼠的大脑中同时拍摄1毫米深处结构的详细图像的能力，视野跨度为1毫米。他们通过移除部分颅骨并在大脑中植入两个独立的窗口来实现这一目标。第一个是直径2毫米，高0.9毫米的玻璃塞。第二个是一个直径1毫米的立方体形状的微棱镜。虽然这两个窗口可以在不同的深度成像，但玻璃塞提供了两个水平表面附近结构的更详细的视图，而微棱镜反映了更深的脑组织的更多纵向结构，也更清晰。
该方法的主要优点是同时观察几乎整个表层皮层和水平或纵向大脑深层组织，具有全脑的视野、视频速率采集和细胞分辨率。此外，与使用梯度指数(GRIN)透镜相比，植入玻璃头部窗口的成本较低，并且与其他广角显微镜兼容。
为了通过这些窗口获取大脑结构的图像，研究人员使用了实时超大型高分辨率宏观成像(RUSH)技术，该技术提供了1厘米的视野、视频速率采集和800nm横向分辨率。虽然广角显微镜经常用于大脑成像，但它们通常只能成像到200-300微米的深度。研究人员使用他们定制的颅骨窗来克服这一限制，允许同时成像深层结构和那些靠近表面的结构。
研究人员通过对活老鼠的表层皮质和海马体中的小胶质细胞(一种在大脑和中枢神经系统中发现的免疫细胞)成像来测试他们的方法。通过植入玻璃塞，得到的图像显示了两个区域的细节和细胞结构，尽管海马体中的细胞比表层皮质的细胞深0.9毫米。但两幅图像的视场都很宽，至少有1毫米。此外，植入微棱镜提供了从0到1mm深度的皮质纵向视图。研究人员将在会议上展示小鼠大脑神经元的功能成像结果。
研究人员表示，自RUSH技术发展以来，他们的实验室一直专注于皮质范围的单细胞成像，在未来的工作中，他们将继续开发具有更高的吞吐量、更高的信噪比和更低的成本的新神经成像技术。他们还将探索新的算法来理解所观察到的皮层范围内的神经动力学背后的机制。最后，他们将把这种方法引入广泛的需要在不同深度同时观察细胞动力学的生物医学应用中，比如癫痫的研究。
