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大脑3D图谱揭示神经细胞“芳容”

美国科学家已绘制出一幅超精细的老鼠大脑的3D图谱。该图谱由一系列高清图像拼接而成,单个神经细胞在纳米尺度下的特征清晰可见,且清晰度前所未有。科学家们希望借助这一图谱发现大脑细胞之间非同寻常的关联,并最终厘清躁郁症和抑郁症等神经疾病的发病机理。

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新的研究颠覆了一个存在很久的假设,即所谓的“彼得规则”——如果两个神经细胞彼此接近,那么它们很可能会形成突触,相互沟通。这个假设似乎合乎逻辑,但该研究的主要负责人、波士顿大学医学院助理教授纳拉亚南·卡斯瑟里表示,它其实是假的,至少在小鼠大脑的某个特定区域(一块从胡须接受感官信息的皮层)内是这样的。


卡斯瑟里说:“大脑的复杂性远远超出我们的想象……两个神经元呆在一起很多时间并不意味着它们建立了连接,成年哺乳动物大脑内这个区域就是如此,而在大脑的其他部位、婴儿的大脑内,每个神经细胞或许会与其邻居相连。因此,我们也需要对其他大脑进行成像,从而弄清楚这一点。”


在这项研究中,科学家们使用了最新的成像系统包括硬件和软件,对数据进行分析。硬件名为“自动化磁带收集超薄切片机(ATUM)”,由卡斯瑟里和哈佛大学的研究人员研制而成,已经取得了专利。它使用钻石刀将已染色并增塑的脑组织样品,切割成30纳米厚的切片,然后用电子显微镜收集和拍摄样品。名为“VAST”的软件程序则对数据进行分析,制造出在神经细胞单个突触尺度上的彩色图像。软件由该研究的合作者、哈佛大学的丹尼尔·伯格同麻省理工学院的科学家联合研制而成。


就目前而言,这项新技术的成本很高,对数据存储的要求也很高,但研究人员希望能像基因测序技术一样,不断降低其成本,该研究结果发表在最新一期的《细胞》杂志上。


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