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高分辨率全脑染色的新方法

<p>一种新的染色方法关闭了最后一个方法学上的差距:现在可以在小鼠大脑中绘制每个神经细胞及其突触图</p><p>来自马克斯普朗克神经生物学研究所的研究人员开发了一种特殊的染色方法,可以重建所有神经细胞和他们之间的联系学习,人们普遍认为是基于神经细胞之间联系的变化了解哪些神经细胞与哪个神经细胞相连将有助于我们了解大脑是如何工作的</p><p>科学家因此长期以来一直梦想着制图然后解码连接组,大脑的电路图随着特殊染色方法的发展,Shawn Mikula和Winfried Denk以及Martinsried的Max Planck神经生物学研究所现已关闭了最后一个方法学上的差距:如何染色整个大脑现在似乎可以实现整个小鼠大脑的映射,但即使设备按设计工作也是如此单独收集数据将花费数年时间,对大约40 PB数据的分析可能需要数十年才发生了很多事情自19世纪末科学家首次开始在显微镜下检查神经细胞解剖学,化学,生理学和细胞生理学在健康和生病的大脑中已被广泛探索如何从单个细胞的活动中产生思想和感觉,以及当细胞通过退行性疾病从网络断开时会发生什么,目前仍不清楚因此,它是清楚的重要的是要了解网络的连接并找到所有这些连接是connectomics的目标人脑包含大约1000亿个细胞到细胞的连接虽然映射人脑的连接组是真正的科幻小说,串行块面扫描电子的发展显微镜和其他成像和分析方法带来了鼠脑的连接组,即3比人类小1000倍,触手可及“至关重要的一步,仍然缺失,是全脑样本的准备”,Shawn Mikula说,在过去的六年里,他一直致力于染色完整的小鼠大脑因此,整个大脑的对比度是均匀的,跟踪大脑的电线并检测其突触所需的超结构信息不会被破坏以前的染色方法只能可靠地染色相对较小的组织样本但是一旦将大脑分成小块神经线不再能够在各个部分之间进行追踪,防止随后产生大脑范围的地图</p><p>这种方法旨在染色整个大脑,使大脑过于微弱或不均匀地染色,或者它们破坏了大脑结构</p><p>所有神经细胞连接仍然不可能Shawn Mikula和Winfried Denk现在已经提出了他们的BROPA方法用于整个大脑的染色缩写BROPA代表染色和漂洗步骤的复杂序列,包括锇和连苯三酚溶液整个染色过程需要大约四周“我的耐心是非常耐心的,因为直到这个时期结束时才知道染色过程是否发生变化“是好还是坏”,Shawn Mikula解释说,经过大量的等待和精炼,两位科学家现在对他们的新方法感到满意:“我们的研究结果表明,单个轴突可以被可靠地跟踪,突触被串行块面扫描电子识别出来显微镜在BROPA染色的小鼠大脑中“,Mikula说团队取得了重大成功,因为Winfried Denk在十多年前发明了连续块面扫描电子显微镜,并牢记这一目标”我们现在迈出了更接近目标的重要一步在电子显微镜下记录完整的小鼠大脑及其所有细胞和连接“,马克斯普朗克神经研究所主任Winfried Denk解释道obology一旦最新一代的仪器交付和测试,计划花费一年多时间,科学家们打算启动项目“我估计只收集数据大约需要两年半的时间” Denk说,在这个时候,将产生大约40 PB的数据“我们将以某种方式管理存储,这是我们仍然担心的分析”,Mikula补充道 到目前为止的结果表明,自动计算机程序可以非常可靠地识别BROPA染色的突触和细胞体</p><p>但即使罕见的断裂也会使神经纤维不可接受地碎片化“我相信我们作为一个领域也能够解决这个问题” Winfried Denk说,在破译人类基因组的背景下,这听起来并不太可能:当在20世纪70年代中期对第一个DNA切片进行解码时,整个人类基因组的测序最初似乎不可能像现在一样</p><p>整个人脑的连通映射出版物:Shawn Mikula和Winfried Denk,“用于电子显微镜电路重建的高分辨率全脑染色”,Nature Methods(2015); doi:101038 / nmeth3361来源:马克斯普朗克研究所图片:

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