新显微镜技术清晰重现大脑复杂网络

人脑是由数十亿个神经细胞构成的错综复杂的网络，不断处理着各种信号，使人们能够认知、思考、回忆或进行身体活动。要理解这个复杂的网络，就需要精确观察这些神经细胞是如何排列和连接的。奥地利科学技术研究所（ISTA）和谷歌研究院团队开发的一种新型显微镜技术“LICONN”（基于光学显微镜的连接组学），为揭开大脑奥秘提供了助力。相关论文5月7日发表于《自然》杂志。

LICONN能够重现脑组织以及神经元之间的所有突触连接。它利用标准光学显微镜进行图像采集，并将复杂的分子机制与神经元结构可视化。它就像一个“拼图高手”，将每个突触连接正确地与其对应的神经元相连，组装出复杂的大脑网络。

团队称，到目前为止，还没有其他光学显微镜技术能做到这一点。

要获得高清晰细节，分辨率必须极高，在几十纳米左右。为此，团队利用了水凝胶的化学和物理特性。水凝胶能吸水膨胀，但膨胀过程受到严格控制。他们将大脑组织嵌入水凝胶中。细胞成分与水凝胶相连，使细胞的精细超微结构被印在水凝胶上，保留下来以供显微镜观察。

传统光学显微镜的分辨率通常为250—300纳米，新技术将有效分辨率提高了16倍，达到了20纳米以下。

与此同时，谷歌的人工智能技术能在更大范围内自动识别神经元及其复杂结构，使重建所有细胞成分这一艰巨任务变得切实可行。

通过遵循这一全面的流程，团队创建了大脑网络的3D渲染图，不仅精确地重现大脑组织，还可视化了神经元连接和网络。他们表示，LICONN使科学家离拼装出哺乳动物大脑图更近了一步，也有助于更好地理解大脑在健康和疾病状态下的功能。