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首个可公开访问的 3D 全脑图,具有前所未有的细节

编辑/绿萝

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人脑的详尽地图一直是神经解剖学家长期追求的目标。磁共振成像 (MRI) 等非侵入性成像技术使科学家能够研究健康的人脑,但只能提供有限的解剖细节。通过对已故捐赠者的大脑进行显微镜检查,可以获得更高级别的细节,通常侧重于二维成像的小脑结构。

现在,由阿姆斯特丹大学(UvA)的科学家领导的一个团队将 MRI 和显微镜相结合,生成了两个完整大脑的 3D 图像,具有前所未有的细节水平。该研究以《A unified 3D map of microscopic architecture and MRI of the human brain》为题发表在《Science Advances》杂志上。

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UvA 团队与莱比锡马克斯·普朗克研究所的研究人员一起工作了五年多,在超高场 MRI 和显微镜方法之间架起了一座桥梁,以创建大脑图像。捐赠给科学的两个人脑被放置在 MRI 扫描仪中 21 小时,然后在显微镜下检查。然后将 MRI 与显微镜载玻片相结合,产生大脑图像,可以在 200 毫米(0.2 毫米)的细节水平上进行探索。

虚拟大脑解剖

论文一作 Anneke Alkemade:「我们对这可以为该领域带来的所有可能性感到兴奋。例如,教师可以使用这些数据集进行神经解剖学培训或虚拟解剖。并且能够将 MRI 结果与使用显微镜观察到的单个蛋白质进行比较,将使研究人员更深入地了解了解甚少的 MRI 观察结果,以及提供有关小型大脑结构的更多解剖细节。」

研究人员使用了超高场 7-T MRI 系统,该系统具有比医院常规使用的 MRI 系统更强大的磁铁。研究人员专门为这些研究编写了 MRI 软件,以适应活组织和保存组织之间的差异。在组织切割过程中,每个切片都单独拍照,以便以后可以在显微镜切片中以数字方式校正组织变形。将单独的脑切片放置在特别订购的载玻片上,并使用定制的实验室设备进行处理。

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图示:从重建的人脑中获得的解剖细节。(来源:论文)

在对单个显微镜载玻片进行数字化后,研究人员创建了新算法,以纠正由切割和显微镜处理引起的组织变形。经过数周不间断的计算,研究人员终于能够对两个单独的大脑进行完整的重建。

研究人员表示:「我们展示了第一个可公开访问的 3D 全脑图,其中包含多个显微镜对比和 7-T 定量多参数 MRI 在 200 μm 处重建。」

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj7892

参考内容:https://medicalxpress.com/news/2022-04-scientists-highly-3d-reconstructions-human.html

理论大脑
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