要了解我們的大腦是如何工作的，沒有辦法繞過研究不同的大腦區(qū)域是如何通過神經(jīng)纖維相互連接的。在最新一期的《科學》雜志上，人類大腦計劃 (HBP) 的研究人員回顧了該領(lǐng)域的現(xiàn)狀，提供了有關(guān)大腦連接組如何在不同空間尺度上(從分子和細胞到宏觀水平)構(gòu)建的見解，以及評估現(xiàn)有方法和未來要求以了解連接組的復雜組織。
“僅用一種或兩種方法研究大腦連接是不夠的，”作者兼 HBP 科學主任 Katrin Amunts 說，他是 Forschungszentrum Jülich 和 C. & O 神經(jīng)科學與醫(yī)學研究所 (INM-1) 的負責人。杜塞爾多夫大學醫(yī)院沃格特腦研究所。
“連接組嵌套在多個層次上。要了解它的結(jié)構(gòu)，我們需要通過在多尺度方法中結(jié)合不同的實驗方法并將獲得的數(shù)據(jù)整合到多層次的地圖集中，例如 Julich Brain Atlas，同時查看多個空間尺度我們已經(jīng)開發(fā)出來的。”
來自 Forschungszentrum Jülich 和伍珀塔爾大學物理系的 Markus Axer 和他在 INM-1 的團隊開發(fā)了一種獨特的方法，稱為 3D 偏振光成像 (3D-PLI) 來可視化神經(jīng)顯微分辨率的纖維。研究人員在連續(xù)的大腦切片中追蹤纖維的 3D 過程，目的是開發(fā)整個人腦的 3D 纖維圖譜。
與來自法國 Neurospin 和意大利佛羅倫薩大學的其他 HBP 研究人員一起，Axer 和他的團隊最近使用幾種不同的方法對人類海馬的相同組織塊進行了成像：解剖和擴散磁共振成像(aMRI 和 dMRI)，兩種-光子熒光顯微鏡(TPFM)和3D-PLI，分別。
像 TPFM 這樣的顯微鏡方法提供了小腦容量的亞微米分辨率圖像，揭示了大腦大腦皮層的微觀結(jié)構(gòu)，但它們在解開連接遙遠大腦區(qū)域的纖維方面存在局限性，這些纖維構(gòu)建了深部白質(zhì)結(jié)構(gòu)。對于電子顯微鏡測量來說更是如此，它能夠以納米分辨率洞察一立方毫米的腦組織。相比之下，dMRI 可用于全腦水平的纖維束成像——可視化白質(zhì)連接——但不能分辨單個纖維或小束。
“3D-PLI 是微觀和宏觀方法之間的橋梁，”Amunts 說。“這是因為 3D-PLI 以高分辨率解析纖維結(jié)構(gòu)，同時允許對全腦部分進行成像，然后我們可以在 3D 中重建以追蹤纖維連接。”
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