小動(dòng)物全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)研發(fā)成功

記者7月28日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授畢國(guó)強(qiáng)、劉北明聯(lián)合合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心人工智能研究院團(tuán)隊(duì)等，突破性研發(fā)出全球最快的小動(dòng)物全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)，首次繪制了小鼠全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精細(xì)三維高清圖譜，為解析周?chē)窠?jīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及疾病機(jī)理研究提供了全新工具。相關(guān)成果日前發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

在生物體內(nèi)，存在著一張由億萬(wàn)周?chē)窠?jīng)纖維編織成的精密“生命物聯(lián)網(wǎng)”。它承載著大腦與全身器官的雙向通信任務(wù)，可調(diào)控運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)以及內(nèi)臟功能。然而，神經(jīng)纖維直徑僅為發(fā)絲的幾十分之一，且蜿蜒交織遍布全身。如何同時(shí)“看得清”單根神經(jīng)纖維，又能“看得全”全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)架，是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域懸而未決的技術(shù)難題。

針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)了一套超高速小動(dòng)物全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)，如同為小動(dòng)物構(gòu)建了一套“超級(jí)CT掃描儀”。該技術(shù)僅用40小時(shí)就能完成成年小鼠全身成像，獲取的單通道原始圖像數(shù)據(jù)量高達(dá)約70TB，相當(dāng)于數(shù)千部高清電影的數(shù)據(jù)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其成像效率提升了數(shù)倍至數(shù)十倍，成像分辨率也從傳統(tǒng)光片顯微成像的組織細(xì)胞級(jí)提升至均一亞細(xì)胞級(jí)，可清晰捕捉直徑數(shù)微米的單根神經(jīng)纖維。基于上述技術(shù)，研究人員能夠精確解析腦神經(jīng)、脊神經(jīng)和自主神經(jīng)等不同類(lèi)型周?chē)窠?jīng)的三維連接結(jié)構(gòu)，為中樞—周?chē)窠?jīng)圖譜繪制、疾病機(jī)制解析等提供了技術(shù)支撐。

“我們真正直接‘看見(jiàn)’了全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何精密連接，信號(hào)傳導(dǎo)的‘生命物聯(lián)網(wǎng)’如何布局。”畢國(guó)強(qiáng)表示，這項(xiàng)突破性技術(shù)有望解答神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中眾多懸而未決的問(wèn)題，并可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究及疾病機(jī)制解析，為未來(lái)精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控療法的開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（記者吳長(zhǎng)鋒）

(責(zé)編：李昉、郝孟佳)