近(17)日，美國杜克大學(Duke University)領導的研究團隊，結合磁振造影(MRI)技術與層光顯微術(light sheet microscopy, LSM)，描繪出史上最清晰的小鼠大腦神經連結圖譜。其改良的新MRI技術，使影像的體素(voxel, 體積像素(Volume Pixel)的簡稱)達到5微米(µm)，比臨床典型的MRI解析度高出6400萬倍。如此清晰的腦部影像可以讓科學家瞭解神經之間更詳細的連結情形，進一步研究大腦如何隨著老化或是神經退化性疾病而變化。該研究刊登於《PNAS》期刊。

該研究是杜克體內顯微鏡中心(Duke Center for In Vivo Microscopy)近40年來的研究成果，當經過改良的許多元素結合在一起後，促使革命性的MRI技術誕生。

其MRI技術的關鍵組成包括一台磁場強度高達9.4特斯拉(T)的磁振造影儀(大多數臨床使用的MRI磁場強度為1.5~3 T)，以及一組比臨床MRI強100倍的特製梯度線圈(gradient coils)，與一台性能相當於800台筆記型電腦的高性能電腦。

研究團隊不僅改良出新的MRI技術，亦使用層光顯微術來辨識大腦中各式各樣的細胞群，例如標記出釋放多巴胺的神經元，可用於觀察帕金森氏症的進展。

接著，研究團隊將使用層光顯微術所得的詳細細胞資訊，與MRI的神經連結影像疊合，從而描繪出整個大腦中細胞和迴路連結的鮮明影像。


研究主持人與論文第一作者G. Allan Johnson說：「這是一項具有啟發性的研究成果。綜合整個小鼠大腦數據的影像，使我們能以前所未有的方式，探索大腦的微觀奧秘。」

研究團隊提供一組MRI影像，呈現出隨著小鼠年齡增長，大腦整體連接的變化，以及特定區域，例如與記憶相關的海馬下腳(subiculum)的變化。

另一組MRI影像則凸顯阿茲海默症小鼠模型中，神經網絡的顯著退化。

研究團隊希望透過將MRI打造成高解析度顯微鏡，讓科學家能更深入地瞭解人類疾病的小鼠模型，像是亨丁頓舞蹈症、阿茲海默症、帕金森氏症等，以便能更透徹地理解人類具有的相似神經功能，如何發揮作用或是如何出錯。

參考資料：https://scitechdaily.com/brain-imaging-breakthrough-64-million-times-sharper/
論文：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2218617120

(編譯/劉馨香)