Nature发文介绍华中科技大学脑空间信息技术研究院

【字体: 时间:2017年08月18日 来源:生物通

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  去年10月,华中科技大学(苏州)脑空间信息技术研究院启建,致力于采用高分辨、大探测范围和高通量的三维光学显微成像技术,实现在哺乳动物全脑范围,以真实尺度构建包括神经元和血管等脑内复杂结构的精细形态和连接关系的高分辨脑图谱。

  

生物通报道:脑科学被称为是理解自然和人类本身的“终极疆域”。此前欧盟率先启动“人脑工程” 后,美国、日本紧随其后启动相关脑研究计划,我国也在积极备战“中国脑计划”。

去年10月,华中科技大学(苏州)脑空间信息技术研究院启建,致力于采用高分辨、大探测范围和高通量的三维光学显微成像技术,实现在哺乳动物全脑范围,以真实尺度构建包括神经元和血管等脑内复杂结构的精细形态和连接关系的高分辨脑图谱。

目前光学成像平台实验室已经竣工,最新一期(8月17日)Nature杂志就以“China launches brain-imaging factory”为题,介绍了这一研究院。

人类脑图谱是理解脑的结构和功能的基石。脑图谱的发展由脑科学自身发展及神经技术的重大突破等因素共同驱动,经历了不同的历史阶段。探讨大脑图谱是认知脑功能并进而探讨意识本质的科学前沿,这方面探索不仅有重要科学意义,而且对脑疾病防治、智能技术发展也具有引导作用。

泉港实验室的神经科学家Josh Huang表示获取高通量、快速成像大脑图谱有望改变神经科学家对大脑神经元连接情况的认识,就像高通量测序帮助遗传学家在21世纪初解密人类基因组一样。

目前最常用的脑图谱还是100多年前德国神经科学家Brodmann在单个人的尸体组织标本上利用细胞构筑绘制的脑图谱,即Brodmann图谱。虽然国外有些实验室试图利用超薄切片技术、染色技术以及显微观察技术,基于脑标本的超薄切片构建细胞构筑概率脑图谱,希望在一定程度上细化Brodmann分区,但是由于不能针对特定个体进行脑区划分,而且耗时耗力,其应用一定程度上受到限制。

2013年,华中科技大学的骆清铭教授(目前领导华中科技大学(苏州)脑空间信息技术研究院)将传统的切片扫描技术应用在一种新的自动模式中,把制备好的鼠脑安装在自主研发的显微光学切片层析成像仪器上切片和成像。

然后,通过仪器的图像连续采集装置,对鼠脑样本做全自动连续242小时的数据采集,最终获得15380层像素分辨率为0.3×0.3微米的冠状断面图像,空间分辨精度达到亚微米级,不足一根头发丝粗细的六十分之一。

同时,科研组利用高定位精度的三维移动平台,及在切片中采用对先采取到的信息进行验证分析的方法,对图像准确定位和预处理,实现了小鼠全脑结构成像,获得了一套来自同一只小鼠的全脑组织切片图谱。

此后,越来越多的科学家们绘制出了详细的大脑图谱,如艾伦脑科学研究所的Ed Lein等人制作了人类胎儿妊娠中期详细的大脑基因表达图谱。 研究人员发现的转录标记和不同的解剖特点与发育过程相关。这些数据也识别出许多跟神经或精神障碍相关的基因表达动态。

同一研究所的曾红葵和她的同事也完成了一个小鼠大脑连接图谱,此图谱是第一个哺乳动物全脑神经元连接图谱。这份详细图谱是当时最全面的脊椎动物大脑连接图谱,为了解大脑的不同区域如何沟通与交流提供了新的见解。

今年2月,在美国“推进创新神经技术脑研究计划”(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies)会议上,艾伦研究所的神经科学家Christof Koch与骆清铭的小组合作公布了一张包裹小鼠大脑的单个神经元的图像,这张图谱的神经元的广泛覆盖面表明它在协调大脑的输入和输出以形成意识方面发挥了作用。

(生物通)

 

 

 

 

 

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