结构性和功能性脑连接组的光学显微成像平台建立
发布时间：2021-08-10
信息来源：北京市科技成果信息系统
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发布时间：2021-08-10
信息来源：北京市科技成果信息系统
- 稀疏标记;光学显微成像;脑连接图谱
基本信息
所属科技项目名称：结构性和功能性脑连接组的光学显微成像平台建立
项目主管部门：北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会
科技成果信息
科技成果名称：结构性和功能性脑连接组的光学显微成像平台建立
关键词：稀疏标记；光学显微成像；脑连接图谱
科技成果类型：集成创新
科技成果所处阶段：其他
科技成果应用领域：卫生和社会工作
科技成果简介：对神经元形态结构及其连接的观察和描述标志着现代神经科学的开端。 全脑范围的神经环路重构（脑连接组）始终是神经科学中的重大问题，也是 近年来各国相继开展的“脑计划”的基础和重要组成部分。
根据神经元的电生理学特性、形态学、连接性、基因表达模式及其他功 能特性，能够区分大脑中包含的各类神经元。研究已表明不同功能的神经元 具有不同的形态、大小及位置，即使同一类型的相邻神经元在形态与投射路 径上也存在差异。因此，准确识别和精确定位神经元及其纤维的投射路径是 正确认识全脑神经结构空间组成、以形态学特征为依据分析细胞分类及其在 不同年龄段、不同病理模型中的变化的关键因素。
但大脑结构复杂，神经元众多，全脑范围的单细胞重构和观测十分困难。 为了更深入系统地研究大脑的功能，需要开发和引入一系列新技术，以在全 脑单细胞水平解析大脑的网络投射特征，并在活体情况下实时观测深部脑核 团活动的功能相关性。
神经系统中神经元数量极多，相互交织，并且与一般细胞不同，神经元 具有复杂而微小的形态结构。完整的神经元形态，不仅包括接受信息的树突 和树突棘，还包括起到信息传递作用的局部和长程轴突，其分支众多、分布 跨越不同脑区。以小鼠脑为例，单根轴突的长度可超过 1 厘米，其直径却只 有亚微米。这些特征使得重构单一神经元的完整形态十分困难，对神经示踪 技术提出了更高的要求。
传统的手段结合细胞群体标记、组织切片和共聚焦或双光子显微镜对脑 组织进行成像。这种方法标记精度低、扫描速度慢，一个样品耗时长达数周， 且重构困难，难以用于高通量的全脑连接组重构。近年来，显微光学成像技 术得到长足发展，产生了一系列成像速度快、精度高的显微成像系统。激光 片层扫描成像系统是近年来得到广泛关注的一种新型光学成像技术。与传统 共聚焦或双光子显微镜相比，激光片层扫描成像系统具有扫描速度极快、无 需对样品进行切片、低光毒性和光漂白、高时间分辨和空间分辨率等优点， 已被用于多种模式生物的神经生物学研究。此外，近几年传统的共聚焦和双 光子成像系统也有了长足的发展。新的成像系统在分辨率和扫描速度上较前 几代系统有了很大的提升，极大的提高了数据采集的质量。
本项目的开展建立了单个神经元标记，全脑成像及重构的方法，开发了 免疫荧光信号放大和快速三维成像的方法，为建立全脑高清连接组数据库提 供了有利技术手段和工具，为未来神经环路的基础研究和相关疾病的研究打 下基础。
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