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分辨率提高16倍！新型顯微鏡技術清晰重現(xiàn)大腦復雜網絡
2025年05月12日 10:19:58
來源：化工儀器網 點擊量：5594
近日，奧地利科學技術研究所（ISTA）和谷歌研究院團隊開發(fā)的一種新型顯微鏡技術“LICONN”（基于光學顯微鏡的連接組學），為揭開大腦奧秘提供了助力。
人腦是非常復雜的生物系統(tǒng)，擁有上千億個神經細胞(神經元)；神經元之間有復雜的神經纖維連接，通過百萬億個連接點(突觸)，形成神經網絡和主導各種腦功能的神經環(huán)路。要理解這個復雜的系統(tǒng)，就需要超高分辨率的光學設備輔助觀察。
就在近日，奧地利科學技術研究所（ISTA）和谷歌研究院團隊開發(fā)的一種新型顯微鏡技術“LICONN”（基于光學顯微鏡的連接組學），為揭開大腦奧秘提供了助力。相關論文發(fā)表于《自然》雜志。
隨著科學技術的快速發(fā)展，以及健康需求的不斷提升，腦科學研究不僅可以使我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理，對人類認識自身有重大科學意義，還能夠對各種腦功能神經基礎進行解析，對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義，腦科學所啟發(fā)的類腦研究也將推動新一代人工智能和新型信息產業(yè)的發(fā)展。
新型顯微技術“LICONN”能夠重現(xiàn)腦組織以及神經元之間的所有突觸連接。它利用標準光學顯微鏡進行圖像采集，并將復雜的分子機制與神經元結構可視化。就像一個“拼圖高手”，將每個突觸連接正確地與其對應的神經元相連，組裝出復雜的大腦網絡。
要獲得高清晰細節(jié)，分辨率必須極高，在幾十納米左右。為此，在此次研究中，科研團隊利用了水凝膠的化學和物理特性。水凝膠能吸水膨脹，但膨脹過程受到嚴格控制。他們將大腦組織嵌入水凝膠中。細胞成分與水凝膠相連，使細胞的精細超微結構被印在水凝膠上，保留下來以供顯微鏡觀察。
傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率通常為250—300納米，新技術將有效分辨率提高了16倍，達到了20納米以下。
與此同時，谷歌的人工智能技術能在更大范圍內自動識別神經元及其復雜結構，使重建所有細胞成分這一艱巨任務變得切實可行。
通過遵循這一全面的流程，團隊創(chuàng)建了大腦網絡的3D渲染圖，不僅精確地重現(xiàn)大腦組織，還可視化了神經元連接和網絡?？蒲袌F隊表示，新型顯微技術“LICONN”使科學家離拼裝出哺乳動物大腦圖更近了一步，也有助于更好地理解大腦在健康和疾病狀態(tài)下的功能。未來，隨著技術的優(yōu)化升級，更高分辨率、更高精確度的顯微技術有望問世，為醫(yī)療科學研究等領域提供堅實支撐。
素材來源：科技日報
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