飛行大腦的新飛越特性使任何人都可以通過過去的神經元來探訪 娛樂城神經元接觸神經元的4000萬個突觸中的任何一個。這是昆蟲大腦中復雜網絡連接的超分辨率視圖，這些網絡連接是從餵食到交配的各種行為的基礎。
但是，前所未有的是，整個飛行大腦的3D地圖在不到三天的時間內就被捕獲，該地圖顯示了長達60納米的細節。
儘管細節水平不如電子顯微鏡那樣好，但是用EM完全繪製蒼蠅大腦的神經元和突觸的圖譜已經花費了10年的時間，並且需要數十個人的努力。通過結合兩種最先進的技術（擴展顯微鏡和點陣光片顯微鏡），可以更快地獲得新地圖。
數十年來，完整的大腦完整神經網絡（人腦以及老鼠和蒼蠅的神經網絡）的精細地圖一直是神經科學家的夢想。有了它，他們可以追踪神經元之間的聯繫，以了解大腦如何做出決定。通過計算突觸，神經科學家可以判斷神經連接的強度，例如負責記憶的神經連接。
瀏覽果蠅大腦的高分辨率3D圖像。彩色的球表示大腦中一部分神經元：對多巴胺有反應的神經元的突觸密度。這些球匯總了整個大腦中4000萬個突觸的總位置，總共有500,000個突觸，紅色表示最高的突觸密度，紫色表示最低的突觸密度。圖片提供：HHMI的視頻，由Roxanne Makasdjian和UC Berkeley的Stephen McNally後期製作而成。
新的和更快的全腦成像技術將幫助科學家弄清飛行中的神經迴路，這些迴路最終也成為人腦功能的基礎。它同樣可以很好地用於繪製小鼠大腦乃至人類大腦的小塊神經迴路。
諾貝爾獎獲得者埃里克·貝齊格（Eric Betzig）說：“您可能花了很多年的時間才能獲得一個蒼蠅大腦的EM圖像。”加州大學伯克利分校的細胞生物學和物理學。 “我可以看到我們每天至少要成像10個飛行大腦。”
他說，這種速度和分辨力將使科學家們提出新的問題，例如雄性和雌性的大腦如何不同，或者相同類型的蒼蠅之間的大腦迴捕 魚 達人 大陸路如何變化。
麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）的愛德華·博伊登（Edward Boyden）於5年前發明了擴展顯微鏡，他說：“成像性能已經超過了門檻。” “這就是為什麼我們如此興奮。我們不僅在掃描更多的大腦組織，還在掃描整個大腦。”
Betzig，Boyden及其團隊將發布2019娛樂城推薦本週在《科學》雜誌上發表他們的發現。
結合擴展和光片顯微鏡
這項新的大腦掃描技術是在博伊登（Bodenen）要求貝齊格（Betzig）將擴展顯微鏡與貝齊格（Betzig）最新的高速成像技術（格子光片顯微鏡）相結合後提出的。擴展顯微鏡（ExM）涉及固定組織，然後像氣球一樣擴展組織，同時保持相對位置註冊送點數 內部結構不變。它使用類似於尿布中的聚丙烯酰胺凝膠，當從鹹水變成純水時會膨脹。格子光片顯微鏡（LLSM）使用高度聚焦的光束快速地一次將一個薄片的樣品的3D圖像組裝在一起。
樹突棘森林從小鼠皮質的神經元分支突出。
“當他們在2016年第一次來找我時，我仍然持懷疑態度。首先，我擔心您是否可以擴展類似的內容，而又不會像瘋了似的扭曲它，”貝齊格說。 “然後我擔心，儘管樣品是透明的，但它們仍會像一袋大理石一樣扭曲光線。”
由博登（Boyden）的MIT實驗室的博士後高瑞軒和Shoh Asano以及哈佛醫學院的Srigokul Upadhyayula領導的聯合團隊在Janelia校園工作，發現在將腦組織擴張了四倍之後，達到正常體積的64倍，它幾乎像水一樣清澈，沒有翹曲。
樹突棘森林從小鼠皮質的神經元分支突出。圖片來源：Gao et al./ Science 2019
他說：“讓它達到令人難以置信的光學均勻性的間隙多麼完美，令我感到震驚。”
今彩539中2個號碼多少錢結果，晶格光片顯微鏡能夠在單個突觸的水平上產生高度詳細而精確的大腦圖像：分辨率約為60納米，僅為EM分辨率的十分之一。多色成像僅花費了62.5小時。
研究小組不僅在整個果蠅大腦上測試了ExLLSM技術，還在橫跨毫米厚皮質的一小部分小鼠大腦上測試了ExLLSM技術，結果相似。他們能夠計算出蒼蠅大腦中的所有突觸，總計約4000萬。具有800億個神經元，每個神經元可能有7,000個突觸的人腦將更具挑戰性。
Betzig預測，但是，隨著擴展顯微鏡技術的改進-一些科學家在每個方向上拉伸組織25次-組合技術在繪製大腦中所有神經連接的映射方面可以達到與EM幾乎一樣的結果。連接組學。
他說：“如果使它能夠以10倍甚至15倍的擴展速度工作，則可能會使很多EM破產。” “執行密集的神經跟踪EM可能會做得足夠好，但要快得多且便宜得多。”我認為他們需要小心翼翼。它還沒有，但我認為潛力是存在的。”
熒光顯微鏡
兩種顯微鏡技術都涉及用熒光標記物標記組織中的蛋白質。在擴展顯微鏡中，然後向組織中註入凝膠，並將標記物交聯到凝膠結構上。然後所有的蛋白質被消化掉，留下了Betzig所說的“熒光幻影”。改變培養基的鹽濃度會導致凝膠溶脹，並金合發娛樂城拖曳標記。它主要變成水，這說明它的清晰度。
科學家可以通過將擴展顯微鏡與點陣光片顯微鏡相結合的技術，識別出在小鼠神經元內部成像的各種形狀和大小（彩色區域）的細胞器。
博伊登最初使用共聚焦光學顯微鏡對擴張的組織成像，但他希望LLSM能夠以更快的速度和更高的分辨率對樣品成像，同時還可以克服通過傳統方法對厚樣品深處成像時熒光信號的完全損失。 LLSM掃描狹窄的光 威博娛樂城當樣品直徑為400納米時，逐個平面穿過樣品，對每個照明平面中的標記發出的熒光進行成像。每次完整掃描（總計近10 TB數據），然後由計算機組裝成3D圖像，可以像視頻遊戲一樣進行導航。這個耗時的組裝工作由Janelia計算機科學家Stefan Saalfeld和Igor Pisarev進行監督，然後由Upadhyayula進行分析和可視化，他們很快將在UC Berkeley開設一個先進的影像實驗室。
通過將熒光標記物附著到大腦中的10,000種蛋白質中的任何一種上，應該可以繪製神經元和其他細胞的外膜，一個神經元與另一個神經元連接的突觸，大腦細胞的內部隔室等。
但是有局限性。貝齊格說，與任何一種超分辨率熒光顯微鏡一樣，很難用足夠的熒光燈泡來裝飾蛋白質，以便在高分辨率下清晰地看到它們。而且，由於擴展顯微鏡需要許多處理步驟，因此仍有可能引入偽影。因此，他說：“我們非常努力地驗證我們所做的事情，而其他人也應該這樣做。”
本文已由UC Berkeley提供的材料重新發表。注意：材料的長度和內容可能已被編輯。有關更多信息發發網信息，請與引用的來源聯繫。
參考：高河，淺野，M.，Upadhyayula，S.，皮薩列夫，I.，米爾基，D.E.，劉T.-L.，…貝齊格，E.（2019）。具有分子對比和納米級分辨率的皮質柱和全腦成像。科學，363（6424），eaau8302。 https://doi.org/10.1126/science.aau8302
