這項(xiàng)由麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)開發(fā)的技術(shù)流程可以創(chuàng)建人類大腦的整個(gè)器官高質(zhì)量圖像，從宏觀形態(tài)級別到亞細(xì)胞組成部分。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對大腦組織的高分辨率、高通量成像，而不會破壞組織。研究人員可以對人類大腦的半球進(jìn)行細(xì)致的處理、標(biāo)記和清晰成像，展現(xiàn)出極高的細(xì)節(jié)和速度。

研究的高級作者、麻省理工學(xué)院皮科爾學(xué)習(xí)與記憶研究所的研究員Kwanghun Chung博士表示：“這項(xiàng)技術(shù)流程確實(shí)使我們能夠在多個(gè)尺度上分析人類大腦。潛在地，這項(xiàng)技術(shù)流程可以用于完全繪制人類大腦?！痹搱F(tuán)隊(duì)在最新一期的《Science》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，題為《人腦多尺度分子成像和表型分析的綜合平臺》。

通常情況下，對組織樣本進(jìn)行切片、染色和拍照的過程，尤其是對于像整個(gè)人腦這樣的大樣本，往往會破壞樣本，限制了每個(gè)樣本可以收集的數(shù)據(jù)。在這份新報(bào)告中，Chung的團(tuán)隊(duì)對人類大腦組織進(jìn)行了“整體成像，在從單個(gè)突觸到整個(gè)大腦半球的多個(gè)分辨率上，并且我們已經(jīng)公開了這些數(shù)據(jù)，”這位高級研究員說道。

為了完成這項(xiàng)任務(wù)，Chung的團(tuán)隊(duì)成員創(chuàng)造了三個(gè)關(guān)鍵創(chuàng)新。首先，Ji Wang博士開發(fā)了Megatome，一種改進(jìn)的振動切片儀，可以在不造成損傷的情況下精細(xì)地切割完整的人腦半球。振動切片儀在刀片運(yùn)動的精度和樣本穩(wěn)定性方面的改進(jìn)，不僅使樣本在切割處保持完整，而且比類似的振動切片儀切割速度更快。這些改進(jìn)使得可以更快、更精確地準(zhǔn)備厚度較大的組織塊。

雖然這些組織塊在研究目的上比通常要厚，但Juhyuk Park博士開發(fā)了一種專門用于成像的水凝膠技術(shù)。該水凝膠mELAST用于切片前灌注腦樣本。這些樣本和切片清晰、柔韌、耐用且可擴(kuò)展，保持了組織完整性，并可重復(fù)用于未來的研究。

最后，一旦完成切片成像，使用Webster Guan博士開發(fā)的計(jì)算系統(tǒng)UNSICE，將這些視覺數(shù)據(jù)拼接成完整的三維器官重建圖像。UNSICE的算法可以正確對齊和組合樣本圖像，通過追蹤解剖特征（如血管或軸突）將切片匹配正確而精確地拼接在一起。

Chung表示：“我們需要能夠觀察所有這些不同的功能組件，包括細(xì)胞、它們的形態(tài)和連接性、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及它們的個(gè)體突觸連接，最好是在同一個(gè)大腦中，考慮到人類大腦的高個(gè)體差異性和人類大腦樣本的珍貴性。這項(xiàng)技術(shù)流程確實(shí)使我們能夠以完全整合的方式從同一個(gè)大腦中提取所有這些重要特征。”

這項(xiàng)技術(shù)可以讓研究人員更快速、高效地檢查大腦組織，并保持組織以供多個(gè)研究和額外實(shí)驗(yàn)使用。作為概念驗(yàn)證，Chung的團(tuán)隊(duì)與合著者M(jìn)atthew Frosch博士合作，在阿爾茨海默病研究中探索了該技術(shù)的應(yīng)用。

這次合作包括對兩個(gè)大腦半球（一個(gè)患有阿爾茨海默病，一個(gè)對照組）進(jìn)行全面的檢查和比較。Chung說：“我們沒有事先規(guī)劃所有這些實(shí)驗(yàn)。我們只是開始，然后說，’好，讓我們成像這個(gè)樣本，看看我們能發(fā)現(xiàn)什么?！彼麄兊哪繕?biāo)是確定他們開發(fā)的技術(shù)是否能改善對疾病大腦解剖學(xué)和顯微解剖學(xué)的可視化和理解。Chung補(bǔ)充說：“我們發(fā)現(xiàn)有大量神經(jīng)元喪失的腦區(qū)，所以我們繼續(xù)深入研究。我們使用了許多不同的標(biāo)記物來表征并觀察致病因素和不同細(xì)胞類型之間的關(guān)系?！?/div>