深部脑成像分辨率突触与自适应光学2-photon endomicroscopy

生活的能力进行体内成像大脑在哺乳动物动物模型对阐明如何将大脑功能是至关重要的。然而,大脑神经元由数百亿,每个通过突触连接与其他成千上万的神经元之间的交流的网站,允许传输的信息。因此,要真正理解神经元突触的动态交互,大脑的形态和功能成像的能力在高空间和时间分辨率是必需的。

目前,科学家有许多大脑成像的方法,但可用的解决方案非常有限。电子显微镜可以提供高空间分辨率,但不适合实时成像的生物组织。常见的非侵入性技术,如CT、MRI / fMRI,宠物和超声波,突触分辨率有限。虽然光学显微镜提供了亚细胞的分辨率和无毒的生物样本,其成像深度是有限的光散射和畸变引起的组织和成像系统。同时,双光子显微镜只是局限于成像的皮层区域,离开皮层下和深部脑结构遥不可及的。

识别需要改进的成像功能,一群科学家从香港科技大学(科大)他们的视野关注实现脑成像分辨率突触。努力,瞿教授Jianan之间的合作努力,电子和计算机工程系教授和教授南希·IP,副总裁研发和晨边高地生命科学教授已经成功开发了一个新的成像技术适应光学两个光子endomicroscopy-that使体内成像的脑深部结构在高分辨率。值得注意的是,这项技术可以揭示大脑功能的地区从未被探索。

集团随后利用自适应光学两个光子endomicroscopy系统调查海马的神经可塑性,关键脑深部结构,揭示体细胞之间的关系和在海马锥体神经元树突的活动。本研究的发现最近发表在《华尔街日报》科学的进步2020年9月30日。

“这项技术使成像等其他脑深部结构的纹状体,黑质,和下丘脑,“瞿教授说。“因此,这是一个令人兴奋的发展,具有巨大的潜力对于理解大脑功能,促进大脑的神经科学研究更深层次的部分。”

Ip教授,其研究的目的是了解在海马体神经元沟通的障碍在阿尔茨海默病,尤其感兴趣的是发展提高海马的神经沟通方法。能够想象树突棘的数量和大小的变化,即突触的所在地,将极大改善的理解如何调节神经传递在记忆障碍,或治疗后治疗的候选药物。

“双光子endomicroscopy系统的发展具有重要意义。我们现在可以检查海马的突触结构的动态变化,”教授指出Ip。“与此同时,我们也能够检查发射不同种群的海马神经元的活动。这将促进我们理解学习和记忆的分子基础和放松管制的记忆障碍在许多神经系统疾病。”

在他们的研究中,该组织试图使用一个微型内窥镜图像海马神经元称为GRIN透镜。然而,GRIN透镜较低的分辨率和成像视场是有限的。因此,微小结构如树突棘,从邻近的神经元的突起的神经元接收信息,不能清楚的看到。这是自适应光学技术发挥作用的地方。

最初开发的地面天文望远镜的光畸变补偿大气,自适应光学技术雇佣了一颗明亮的星星,或所谓的“引导明星,”测量大气的光畸变,然后补偿失真通过使用一个可变形的镜子。在发展中自适应光学双光子显微镜系统,科大集团同样使用本地化的荧光信号作为生物组织内部的“导游之星”,允许他们测量像差的内窥镜以及脑组织。

”的能力进行实时成像的脑深部高分辨率一直是一个挑战。与自适应光学双光子endomicroscopy,我们现在可以研究的结构和功能大脑以前所未有的决议,这将极大地促进我们的进步在理解许多神经退行性疾病的机制和发展中相关的治疗,”瞿教授说。

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