科技日報記者 張佳欣
人腦是由數十億個神經細胞構成的錯綜復雜的網絡，不斷處理著各種信號，使人們能夠認知、思考、回憶或進行身體活動。要理解這個復雜的網絡，就需要精確觀察這些神經細胞是如何排列和連接的。奧地利科學技術研究所（ISTA）和谷歌研究院團隊開發的一種新型顯微鏡技術“LICONN”（基于光學顯微鏡的連接組學），為揭開大腦奧秘提供了助力。相關論文5月7日發表于《自然》雜志。
LICONN能夠重現腦組織以及神經元之間的所有突觸連接。它利用標準光學顯微鏡進行圖像采集，并將復雜的分子機制與神經元結構可視化。它就像一個“拼圖高手”，將每個突觸連接正確地與其對應的神經元相連，組裝出復雜的大腦網絡。
團隊稱，到目前為止，還沒有其他光學顯微鏡技術能做到這一點。
要獲得高清晰細節，分辨率必須極高，在幾十納米左右。為此，團隊利用了水凝膠的化學和物理特性。水凝膠能吸水膨脹，但膨脹過程受到嚴格控制。他們將大腦組織嵌入水凝膠中。細胞成分與水凝膠相連，使細胞的精細超微結構被印在水凝膠上，保留下來以供顯微鏡觀察。
傳統光學顯微鏡的分辨率通常為250—300納米，新技術將有效分辨率提高了16倍，達到了20納米以下。
與此同時，谷歌的人工智能技術能在更大范圍內自動識別神經元及其復雜結構，使重建所有細胞成分這一艱巨任務變得切實可行。
通過遵循這一全面的流程，團隊創建了大腦網絡的3D渲染圖，不僅精確地重現大腦組織，還可視化了神經元連接和網絡。他們表示，LICONN使科學家離拼裝出哺乳動物大腦圖更近了一步，也有助于更好地理解大腦在健康和疾病狀態下的功能。
