科技日報記者 吳長鋒
記者10日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校畢國強(qiáng)教授、劉北明教授聯(lián)合合肥綜合性國家科學(xué)中心人工智能研究院等國內(nèi)團(tuán)隊,突破性研發(fā)出全球最快的小動物全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù),首次實現(xiàn)小鼠全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精細(xì)三維圖譜高清繪制,為解析周圍神經(jīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及疾病機(jī)理研究提供了全新工具。相關(guān)成果于北京時間10日發(fā)表于《細(xì)胞》。
在生物體內(nèi),一張由億萬周圍神經(jīng)纖維編織成的精密“生命物聯(lián)網(wǎng)”,承載著大腦與全身器官的雙向通信,調(diào)控運(yùn)動、感覺以及內(nèi)臟功能。然而,神經(jīng)纖維直徑僅為發(fā)絲幾十分之一,蜿蜒交織遍布全身。如何同時“看得清”單根神經(jīng)纖維,又能“看得全”全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)架,是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域懸而未決的技術(shù)難題。
研究團(tuán)隊創(chuàng)新性開發(fā)了一套超高速小鼠全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù),如同為生命體構(gòu)建一套“超級CT掃描儀”。該技術(shù)僅用40小時即完成成年小鼠全身成像,獲取單通道約相當(dāng)于數(shù)千部高清電影的70TB原始圖像數(shù)據(jù),效率較現(xiàn)有技術(shù)提升數(shù)倍至數(shù)十倍,分辨率也從傳統(tǒng)光片顯微成像的組織細(xì)胞級提升至均一亞細(xì)胞級,可清晰捕捉直徑數(shù)微米的單根神經(jīng)纖維?;谏鲜黾夹g(shù),研究人員首次揭示了胸段脊神經(jīng)元跨多節(jié)段投射、迷走神經(jīng)復(fù)雜路徑等全新結(jié)構(gòu)特征,并能夠精確解析腦神經(jīng)、脊神經(jīng)和自主神經(jīng)等不同類型周圍神經(jīng)的三維連接結(jié)構(gòu),為中樞—周圍神經(jīng)圖譜繪制、疾病機(jī)制解析等提供全維度研究技術(shù)。
“我們真正直接‘看見’了全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何精密連接,信號傳導(dǎo)的‘生命物聯(lián)網(wǎng)’如何布局?!蓖ㄓ嵶髡弋厙鴱?qiáng)教授表示,這項突破性技術(shù)有望解答神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域眾多懸而未決的根本問題,并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究及疾病機(jī)制解析,為未來精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控療法的開發(fā)奠定堅實的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖)