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

研究人員將不再需要在研究單個(gè)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(tuán)隊(duì)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(gè)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(gè)大腦的多個(gè)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(gè)整個(gè)大腦進(jìn)行成像，該平臺揭示了一個(gè)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(gè)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(tuán)隊(duì)，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(cuò)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(jì)算工具將切片的組織“縫合”在一起，并繪制單個(gè)細(xì)胞之間的連接。然后，單個(gè)腦細(xì)胞的這些“投射組”可以與捕獲每個(gè)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(gè)突觸連接——最好是在同一個(gè)大腦中”，以便能夠比較整個(gè)大腦并發(fā)現(xiàn)個(gè)體差異，說涌。

“這項(xiàng)技術(shù)管道確實(shí)使我們能夠以完全集成的方式從同一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)組織切片的這些連接，該計(jì)算機(jī)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(gè)慷慨的捐贈者的整個(gè)大腦進(jìn)行了成像，一個(gè)患有阿爾茨海默病，另一個(gè)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(hù)性髓鞘覆蓋物，并從鄰居中撤出。

該團(tuán)隊(duì)“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(gè)圖庫只代表了兩個(gè)大腦的一個(gè)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(xiàng)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(shí)如何變化進(jìn)行成像是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)檠芯咳藛T經(jīng)常使用在某人生命結(jié)束時(shí)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(tuán)隊(duì)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(jià)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。”

該研究已發(fā)表在科學(xué).

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