Nat Commun:高解析度成像技術首次揭示活躍大腦的皮層結構

2021-01-18 生物谷

2019年1月6日 訊 /生物谷BIOON/ --正如醫生們使用超聲波檢查,CT和MRI掃描身體,天文學家利用太空望遠鏡,自適應光學器件和不同波長的光線進一步觀察宇宙,神經科學家們也在尋求新的方法來觀察大腦內部的結構。最近出現的三光子顯微鏡讓他們比以往更深入地了解腦細胞。現在,基於對該技術的實質性改進,麻省理工學院的科學家們已經開展了第一項研究:通過每個視覺皮層,特別是下面神秘的「亞平面」結構,觀察活躍小鼠大腦的神經活動。


(圖片來源:Murat Yildirim et. al.)


該研究發表在Nature Communications雜誌上,研究小組表明,當老鼠受到視覺刺激時,他們可以測量所有六層視皮層和亞平面中神經元之間的活動模式,提供小鼠如何處理視覺信號的信息。此外,通過一系列仔細的實驗,研究人員能夠證明他們發出的光線,以及回收的光線,既沒有損壞,也沒有改變他們測量的細胞的特性。


總之,本文描述了一種新型三光子顯微鏡,該顯微鏡經過優化,能夠提供快速,短,低功率的光脈衝,能夠在不引起任何功能性幹擾或物理損傷的情況下到達深部目標,然後檢測由細胞發出的螢光。高效率地生成具有清晰解析度和快速幀速率的圖像。


「我們有動力展示我們可以用三光子顯微鏡技術處理清醒狀態下的動物,這樣我們就可以提出神經科學的重要問題,」Yildirim說。 「你可以認為你擁有世界上最好的顯微鏡,但在你問這些問題之前,你不知道你會得到什麼結果。」(生物谷Bioon.com)


資訊出處:Scope advance reveals first look through all cortical layers of awake brain



相關焦點

  • 【新技術】透視大腦!新型X射線顯微鏡技術全腦高解析度快速成像
    電子顯微鏡具有納米級別的超高解析度,但是獲得即使很小的神經環路的三維圖像也需要收集數百萬張圖片,耗費大量的時間。光學顯微鏡成像速度快,但是空間解析度不高。 高能X射線(> 10 keV)由於其強大的穿透力和亞納米波長,因此在採集三維成像具有高時空解析度,滿足觀察神經亞細胞結構的需求。
  • 迄今最大腦皮層神經網絡研究成果發布
    結合高通量功能成像技術製作的皮層神經元網絡,達到單細胞的解析度,其中每一根「線」及它們之間的連接都能看見,一些神經元根據它們在活腦中的活動方式被編成不同顏色。 腦皮層是對外界信息進行高級處理的地方,最簡單的神經網絡也包含了數百萬個連接,研究這些巨大的網絡是理解大腦如何工作的關鍵。研究工作從識別小鼠視覺皮層的神經元開始,然後製作超薄腦切片,對目標細胞和突觸拍攝大量圖像,重建了三維圖,跟蹤各個神經元定位它們之間的連接。
  • 最強大腦皮層神經網絡重建 揭哺乳動物最大神經線路圖
    首次揭秘哺乳動物大腦神經元連接哺乳動物的大腦皮層是一個非常複雜的神經過程網絡:又長又薄,有分支,而且非常密集。這種高堆積密度讓皮層神經網絡的重建工作具有相當大的挑戰性。以往的研究都停留在整體成像方面,但這一次,科學家們的重建工作真正深入到了神經元的連接。來自德國馬克斯·普朗克腦研究所的研究人員,利用人工智慧的方法,通過高空間解析度重建了小鼠桶狀皮層89個神經元的形態特徵及其連接。
  • Nat Methods:新的成像技術可以顯示整個細胞和組織內的納米級結構
    我們獲得了細胞或組織體積內成千上萬個獨立分子的坐標,並利用這些坐標來揭示樣品成分的納米級結構。"我們的技術使用兩個步驟:分配和更新,以迭代檢索記錄的單個分子數據集的波前畸變和三維響應,其中包含在任意位置的分子的發射模式。"普渡大學的技術允許在整個細胞和組織內精確到幾納米的範圍內找到生物分子的位置,從而以高解析度和保真度分辨細胞和組織結構。
  • 功能近紅外光譜成像技術在大腦認知功能中的應用
    功能近紅外光譜成像技術(Functional near - infrared spectroscopy,fNIRS),是新近發展起來的一種無創新型光學腦成像技術。其具有無創、便攜、低成本、可長時程連續監測、對適用人群無限制等特點,可以友好的在自然環境下進行腦功能活動的實時監測,為大腦認知功能研究提供了一種新的檢測手段。
  • PNAS:新技術助力深部視覺皮層的功能超聲成像|056期
    4,靈長類丘腦後側中的長期價值記憶在快速自動動作中的作用5,在先天性盲人的早期「視覺」皮層中解碼自然聲音1,清醒狀態非人靈長類動物深部視覺皮層的功能超聲成像 期刊:我們最近開發了一種功能性超聲(FUS)技術,可以對視覺任務的血流動力學反應進行成像。利用FUS對兩個清醒的非人靈長類動物執行被動注視任務,我們在距狀皮層和月狀溝的視皮層(V1,V2和V3)建立了深度的視網膜定位圖。這些成像可以在相對較少刺激呈現後的一個小時中獲得。
  • 我國科學家揭示聽覺皮層編碼聽覺認知的新機制—新聞—科學網
    徐寧龍研究員和論文第一作者博士研究生辛宇在安裝小鼠行為訓練裝置 (中科院科技攝影聯盟 曹發華 攝) 「你在哪裡呢?」
  • 科學家首次繪製出人類大腦3D結構高清圖像
    ,圖中黃色區域是與藍點具有較強的連接性  【搜狐科學消息】 據國外媒體報導,目前,美國「人類連接體項目(HCP)」最新公布人類高清大腦圖像,這是首次繪製的3D大腦思維連接圖,將有助於科學家更好地理解人類大腦組織。
  • 首次揭示:慢性痛會損害大腦結構和功能
    因為,科學家最近發現,慢性疼痛會損害人大腦的結構和功能,並在記憶中留下深深的印跡,影響他們的睡眠、情緒,導致更重的焦慮和抑鬱,甚至會改變他們的性格特質。  最近,《人腦圖譜》上發表了一項來自上海科學家的成果,首次揭示了慢性痛的病因與人類大腦結構和功能的病理性改變有特異性關係。
  • 360多名科學家首次揭示大腦灰質的遺傳結構 發現大腦發育和衰老的...
    10年前,這些科學家共同創立了ENIGMA Consortium,這是一個國際研究網絡,匯集了數百名成像基因組學研究人員,以了解基於大腦成像和遺傳數據的大腦結構、功能和疾病。「這項研究之所以成為可能,是因為有60多個參與核磁共振掃描和基因分型的研究地點進行了大規模的科學合作。」 斯坦說,「到目前為止,這項研究是ENIGMA Consortium皇冠上的寶石。」
  • Nat Commun:微型顯微鏡幫助揭示大腦疾病的發生機理
    2019年4月1日 訊 /生物谷BIOON/ --約翰·霍普金斯醫學研究小組最近開發了一種相對便宜的可攜式迷你顯微鏡,可以提高科學家對活體小鼠大腦中癌症,中風,阿爾茨海默病和其他疾病的研究效果 。該裝置的尺寸小於5立方釐米,停靠在動物的頭上,並收集來自小鼠活躍大腦的實時圖像,這些大腦在環境中自然移動。
  • 長春光機所突破航天高解析度高光譜成像關鍵技術
    日前,中國科學院長春光學精密機械與物理研究所突破了航天高解析度高光譜成像關鍵技術。該技術利用離軸三反非球面光學系統、複合稜鏡分光、推掃成像和指向鏡運動補償技術,有效解決了航天高光譜遙感中高空間解析度、高光譜解析度與圖像高信噪比之間的矛盾,突破了視場分離、光譜分光、在軌光譜輻射定標等關鍵技術瓶頸,為我國航天高解析度高光譜成像技術的工程化奠定了技術基礎。
  • 研究揭示聽覺皮層編碼聽覺認知的新機制
    7月8日,《神經元》期刊在線發表了題為《小鼠聽皮層神經元群體結構動態變化實現感覺到範疇的轉化》的研究論文,該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心/神經科學研究所、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室徐寧龍研究組完成,博士研究生辛宇為該論文第一作者。
  • 揭示大腦灰質遺傳結構
    一項重大的國際合作生成了第一張大腦皮層的基因圖譜,確定了300多個影響大腦皮層結構並在心理活動中發揮作用的基因變異!大腦外層相對較薄、摺疊的「灰質」層,對思考、信息處理、記憶和注意力至關重要。十年前,為尋找200多個基因組區域和300多個影響大腦皮層結構並可能在精神和神經疾病中發揮重要作用的特定基因變異,在北卡羅來納大學醫學院遺傳學系助理教授Jason Stein、南加州大學馬克和瑪麗·史蒂文斯神經成像和信息學研究所副所長Paul Thompson、澳大利亞柏QIMR格霍夫醫學研究所的Sarah Medland領導下,來自184個不同機構的360多名科學家共同創立了ENIGMA
  • 2015 高解析度成像與生物醫學應用研討會圓滿閉幕
    本次高解析度成像與生物醫學應用研討會一方面聚焦冷凍電鏡、分子成像等高解析度成像技術,但更多的在顯微成像和圖像數據分析在生物學和臨床醫學上的應用、實踐、具體研究上展開討論,旨在推廣高解析度成像技術在國內的應用,使更多的科研人員嘗試將此作為研究的重要技術手段。會議第首位嘉賓為上海交通大學Med-X研究院副院長楊國源教授,演講主題為"同步輻射血管造影在鼠腦缺血模型中的應用"。
  • 【學術前沿】黃薇等揭示人類胚胎少突膠質細胞發育與大腦皮層白質...
    【學術前沿】黃薇等揭示人類胚胎少突膠質細胞發育與大腦皮層白質擴張的細胞和分子機制 2020-07-24 17:46 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 中科大學子首次實現最高解析度單分子拉曼成像
    6月6日凌晨,中國科學技術大學發布重大科研成果,該校科學家日前在國際上首次實現亞納米分辨的單分子光學拉曼成像,將具有化學識別能力的空間成像解析度提高到前所未有的0.5納米。國際權威學術期刊《自然》雜誌6月6日在線發表這項成果。研究由侯建國院士領銜的單分子科學團隊董振超研究小組完成,博士生張瑞、張堯為論文共同第一作者。
  • 美一男性冒險進入全球最強核磁共振成像儀 結果...
    超高場(磁場強度)成像儀的吸引力是顯而易見的,然而磁場越強,其信噪比越高,這意味著對物體的成像解析度更高或成像速度更快。在3T時MRI成像儀能夠解析1毫米大小的大腦結構,而在一臺7T強度的成像儀下該解析度就能達到0.5毫米,這就足以識別人類大腦皮層內部的功能單元,或許還能夠觀察到人類大腦中神經元連接之間的信息流,而具有更高場強度的成像儀預期的解析度至少是7T設備的兩倍以上。
  • 發呆時大腦在做什麼?大腦暗能量或能提供關於意識本質的線索
    1929 年,他在一系列開創性論文中,根據儀器檢測到的不間斷腦電波推測,「中樞神經系統始終處於相當活躍的狀態,而不僅僅是在人們清醒的時候」。   但伯格關於大腦如何工作的觀點一直沒有引起科學界的重視,甚至在非侵害性成像技術成為神經科學實驗室的常規手段後仍是如此。
  • fUS腦功能成像:比fMRI更高的空間解析度和信噪比
    然而,fMRI在小動物實驗上存在一些限制,一個是fMRI空間解析度不夠高,另一個是檢測時一般需要對動物進行麻醉,而麻醉對動物大腦功能本身就具有很大的影響,在這種情況下很難得到真正具有生理意義的結果。fUS(functional ultrasound)是一種全新的腦功能成像技術,具有比fMRI更高的空間解析度和信噪比,另外突破性的超小探頭適合於自由活動動物的檢測。