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(xué)》雜志上，人類大腦計(jì)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(xì)胞到宏觀水平)構(gòu)建的見解，以及評(píng)估現(xiàn)有方法和未來要求以了解連接組的復(fù)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(xué)主任 Katrin Amunts 說，他是 Forschungszentrum Jülich 和 C. & O 神經(jīng)科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究所 (INM-1) 的負(fù)責(zé)人。杜塞爾多夫大學(xué)醫(yī)院沃格特腦研究所。
“連接組嵌套在多個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)查看多個(gè)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(xué)物理系的 Markus Axer 和他在 INM-1 的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獨(dú)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(gè)人腦的 3D 纖維圖譜。
與來自法國(guó) Neurospin 和意大利佛羅倫薩大學(xué)的其他 HBP 研究人員一起，Axer 和他的團(tuán)隊(duì)最近使用幾種不同的方法對(duì)人類海馬的相同組織塊進(jìn)行了成像：解剖和擴(kuò)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?cè)诮忾_連接遙遠(yuǎn)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(duì)于電子顯微鏡測(cè)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(gè)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?yàn)?3D-PLI 以高分辨率解析纖維結(jié)構(gòu)，同時(shí)允許對(duì)全腦部分進(jìn)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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