記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校畢國(guó)強(qiáng)教授、劉北明教授聯(lián)合合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心人工智能研究院和中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)，突破性研發(fā)出全球最快的小動(dòng)物全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)小鼠全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精細(xì)三維圖譜高清繪制。相關(guān)成果于北京時(shí)間7月10日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell），為解析周圍神經(jīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及疾病機(jī)理研究提供了全新工具。
在生物體內(nèi)，一張由億萬(wàn)周圍神經(jīng)纖維編織成的精密“生命物聯(lián)網(wǎng)”無(wú)處不在，承載著大腦與全身器官的雙向通訊，調(diào)控運(yùn)動(dòng)、感覺以及內(nèi)臟功能。然而，看清這張網(wǎng)絡(luò)的全貌卻極其困難——神經(jīng)纖維直徑僅為發(fā)絲幾十分之一，蜿蜒交織遍布全身。長(zhǎng)期以來(lái)，受限于成像速度與分辨率矛盾，“如何同時(shí)‘看得清’單根神經(jīng)纖維，又能‘看得全’全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)架”，是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域懸而未決的技術(shù)難題。
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性開發(fā)了一套超高速小鼠全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)“blockface-VISoR”，如同為生命體構(gòu)建一套“超級(jí)CT掃描儀”。該技術(shù)僅用40小時(shí)即完成成年小鼠全身成像，獲取單通道約70TB原始圖像數(shù)據(jù)（相當(dāng)于數(shù)千部高清電影），效率較現(xiàn)有技術(shù)提升數(shù)倍至數(shù)十倍，分辨率也從傳統(tǒng)光片顯微成像的組織細(xì)胞級(jí)提升至均一亞細(xì)胞級(jí)，可清晰捕捉直徑數(shù)微米的單根神經(jīng)纖維。基于上述技術(shù)，研究人員首次揭示了胸段脊神經(jīng)元跨多節(jié)段投射、迷走神經(jīng)復(fù)雜路徑等全新結(jié)構(gòu)特征。
“我們不再依賴間接證據(jù)，而是真正直接‘看見’了全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何精密連接，信號(hào)傳導(dǎo)的‘生命物聯(lián)網(wǎng)’如何布局。”畢國(guó)強(qiáng)教授表示。這項(xiàng)突破性技術(shù)有望解答神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域眾多懸而未決的根本問(wèn)題，并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究及疾病機(jī)制解析，為未來(lái)精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控療法的開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。例如，通過(guò)全面且精準(zhǔn)定位神經(jīng)退行性疾病（如阿爾茨海默癥）的早期結(jié)構(gòu)變異來(lái)明確疾病的致病機(jī)理；以可視化方式評(píng)估藥物（包括基因編輯療法）對(duì)全身組織和器官的靶向效果，加速藥物研發(fā)進(jìn)程。
據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)將持續(xù)公開研究成果圖像數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)資源全球共享，以推動(dòng)生物醫(yī)藥交叉合作。
記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校畢國(guó)強(qiáng)教授、劉北明教授聯(lián)合合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心人工智能研究院和中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)，突破性研發(fā)出全球最快的小動(dòng)物全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)小鼠全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精細(xì)三維圖譜高清繪制。相關(guān)成果于北京時(shí)間7月10日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell），為解析周圍神經(jīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及疾病機(jī)理研究提供了全新工具。
在生物體內(nèi)，一張由億萬(wàn)周圍神經(jīng)纖維編織成的精密“生命物聯(lián)網(wǎng)”無(wú)處不在，承載著大腦與全身器官的雙向通訊，調(diào)控運(yùn)動(dòng)、感覺以及內(nèi)臟功能。然而，看清這張網(wǎng)絡(luò)的全貌卻極其困難——神經(jīng)纖維直徑僅為發(fā)絲幾十分之一，蜿蜒交織遍布全身。長(zhǎng)期以來(lái)，受限于成像速度與分辨率矛盾，“如何同時(shí)‘看得清’單根神經(jīng)纖維，又能‘看得全’全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)架”，是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域懸而未決的技術(shù)難題。
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性開發(fā)了一套超高速小鼠全身亞細(xì)胞分辨率三維成像技術(shù)“blockface-VISoR”，如同為生命體構(gòu)建一套“超級(jí)CT掃描儀”。該技術(shù)僅用40小時(shí)即完成成年小鼠全身成像，獲取單通道約70TB原始圖像數(shù)據(jù)（相當(dāng)于數(shù)千部高清電影），效率較現(xiàn)有技術(shù)提升數(shù)倍至數(shù)十倍，分辨率也從傳統(tǒng)光片顯微成像的組織細(xì)胞級(jí)提升至均一亞細(xì)胞級(jí)，可清晰捕捉直徑數(shù)微米的單根神經(jīng)纖維。基于上述技術(shù)，研究人員首次揭示了胸段脊神經(jīng)元跨多節(jié)段投射、迷走神經(jīng)復(fù)雜路徑等全新結(jié)構(gòu)特征。
“我們不再依賴間接證據(jù)，而是真正直接‘看見’了全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何精密連接，信號(hào)傳導(dǎo)的‘生命物聯(lián)網(wǎng)’如何布局。”畢國(guó)強(qiáng)教授表示。這項(xiàng)突破性技術(shù)有望解答神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域眾多懸而未決的根本問(wèn)題，并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究及疾病機(jī)制解析，為未來(lái)精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控療法的開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。例如，通過(guò)全面且精準(zhǔn)定位神經(jīng)退行性疾病（如阿爾茨海默癥）的早期結(jié)構(gòu)變異來(lái)明確疾病的致病機(jī)理；以可視化方式評(píng)估藥物（包括基因編輯療法）對(duì)全身組織和器官的靶向效果，加速藥物研發(fā)進(jìn)程。
據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)將持續(xù)公開研究成果圖像數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)資源全球共享，以推動(dòng)生物醫(yī)藥交叉合作。
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