新技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)大腦更深處組織高清成像

7月7日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的論文，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究小組開(kāi)發(fā)出一種雙光子成像顯微鏡的改進(jìn)版本，它可以讓科學(xué)家更快地獲得大腦內(nèi)血管和單個(gè)神經(jīng)元等結(jié)構(gòu)的高分辨率圖像。新技術(shù)或可促進(jìn)生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的研究。

研究人員經(jīng)常使用雙光子顯微鏡制作大腦等組織的高分辨率3D圖像。該顯微鏡的工作原理是將一束強(qiáng)烈的近紅外線照射到組織樣本中的一個(gè)點(diǎn)上，在強(qiáng)度最高的焦點(diǎn)誘導(dǎo)兩個(gè)光子同時(shí)吸收。這種長(zhǎng)波長(zhǎng)、低能量的光可深入組織而不損壞組織，從而在表面以下成像。然而，這種成像技術(shù)不易掃描大腦等組織深處，且很耗時(shí)。

為改進(jìn)成像技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是，在保持逐點(diǎn)掃描組織的像素進(jìn)行高清成像時(shí)，又可一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)大的組織樣本快速成像。

此次，研究人員使用一種廣視角顯微鏡，在改變光的振幅后，使一面光照射到組織上，這樣就可在不同的時(shí)間打開(kāi)或關(guān)閉每個(gè)像素。當(dāng)一些像素被點(diǎn)亮，而附近的像素保持黯淡時(shí)，研究人員就能檢測(cè)到一些因組織散射光線而形成的圖像。通過(guò)計(jì)算機(jī)算法對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行重建，研究人員就可獲得更多關(guān)于圖像的信息。

使用這項(xiàng)技術(shù)，研究人員證明，他們可以在肌肉和腎臟組織切片中實(shí)現(xiàn)約200微米尺度的成像，在老鼠的大腦中實(shí)現(xiàn)約300微米的成像。

“老鼠大腦中的血管成像可能對(duì)了解更多關(guān)于阿爾茨海默癥等神經(jīng)退行性疾病如何影響血液流動(dòng)特別有用?！毖芯孔髡咧?、麻省理工學(xué)院研究者穆拉特·耶爾德勒姆說(shuō)，“這大約是此前成像技術(shù)所能達(dá)到組織深度的兩倍。這項(xiàng)技術(shù)比傳統(tǒng)雙光子顯微鏡成像快100到1000倍。”

耶爾德勒姆還表示，所有關(guān)于血流或血管結(jié)構(gòu)形態(tài)的研究都是基于雙光子或三光子點(diǎn)掃描系統(tǒng)，通過(guò)使用這項(xiàng)新技術(shù)，我們可以真正對(duì)血流和血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行高速大范圍成像，從而更好地了解血流的變化。

該技術(shù)還可以通過(guò)添加電壓敏感的熒光染料或熒光鈣探針來(lái)測(cè)量神經(jīng)元活動(dòng)，也可用于分析腫瘤等其他類型的組織，如幫助確定腫瘤的邊緣。