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新技术快速实现大脑更深处组织高清成像

2021-07-08 16:05:17 来源:科技日报

据当地时间7日发表在《科学进展》杂志上的论文,麻省理工学院和哈佛大学的研究小组开发出一种双光子成像显微镜的改进版本,它可以让科学家更快地获得大脑内血管和单个神经元等结构的高分辨率图像。新技术或可促进生物学、神经科学的研究。

研究人员经常使用双光子显微镜制作大脑等组织的高分辨率3D图像。该显微镜的工作原理是将一束强烈的红外线照射到组织样本中的一个点上,在强度最高的焦点诱导两个光子同时吸收。这种长波长、低能量的光可深入组织而不损坏组织,从而在表面以下成像。然而,这种成像技术不易扫描大脑等组织深处,且很耗时。

为改进成像技术,研究团队的目标是,在保持逐点扫描组织的像素进行高清成像时,又可一次实现对一个大的组织样本快速成像。

此次,研究人员使用一种广视角显微镜,在改变光的振幅后,使一面光照射到组织上,这样就可在不同的时间打开或关闭每个像素。当一些像素被点亮,而附的像素保持黯淡时,研究人员就能检测到一些因组织散射光线而形成的图像。通过计算机算法对每个像素进行重建,研究人员就可获得更多关于图像的信息。

使用这项技术,研究人员证明,他们可以在肌肉和肾脏组织切片中实现约200微米尺度的成像,在老鼠的大脑中实现约300微米的成像。

“老鼠大脑中的血管成像可能对了解更多关于阿尔茨海默症等神经退行疾病如何影响血液流动特别有用。”研究作者之一、麻省理工学院研究者穆拉特·耶尔德勒姆说,“这大约是此前成像技术所能达到组织深度的两倍。这项技术还比传统双光子显微镜成像快100到1000倍。”

耶尔德勒姆还表示,所有关于血流或血管结构形态的研究都是基于双光子或三光子点扫描系统,通过使用这项新技术,我们可以真正对血流和血管结构进行高速大范围成像,从而更好了解血流的变化。

该技术还可以通过添加电压敏感的荧光染料或荧光钙探针来测量神经元活动,也可用于分析肿瘤等其他类型的组织,如可帮助确定肿瘤的边缘。

总编辑圈点

大脑这个器官,我们现在对其依然不能说“了解”二字。那要如何去理解大脑神经科学的核心呢?解答这个问题,就需要在更高时空分辨率上捕捉血管血流以及大量神经元活动动态变化的工具。年来,科学家们一直致力于开发更强大更快速的成像方法,大幅度提高了灵敏度和分辨率,其最终是为了理解认知和行为过程的发展,进而找到阿尔茨海默症、帕金森等病症的治疗方法。

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