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)
史上最清晰小鼠大腦圖譜!《PNAS》解析度6400萬倍MRI結合層光顯微術 揭詳細神經連結
撰文記者 劉馨香
日期2023-04-27
![](/upload/article/2023/04/MRI_mouse_brain.jpg)
史上最清晰小鼠大腦圖譜!《PNAS》解析度6400萬倍MRI結合層光顯微術 揭詳細神經連結(圖:杜克大學提供)