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透明大脑或将揭开大脑的奥秘

通过使小鼠大脑透明化,研究人员能够可视化其结构。

作者:Kat McGowan
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完整的小鼠大脑被透明化,使研究人员能够可视化其结构。Deisseroth 实验室/斯坦福大学

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绘制人脑结构是一项艰巨的任务:数十亿个细胞形成了大量的连接,追踪这些缠结的纤维非常耗费人力,以至于分析一平方毫米的组织需要数年时间。

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针对这种模糊不清的情况,斯坦福大学神经生物学家卡尔·戴瑟罗斯(Karl Deisseroth)带来了 CLARITY 技术,该技术可以在保持脑组织结构的同时使其透明化。该方法于四月在《自然》(Nature)杂志上发表,使得以微观细节检查完整小鼠大脑的 3D 结构成为可能。

传统上,科学家通过注射染料或染色剂来照亮特定的神经细胞和连接,从而探索动物的神经解剖学。然后他们杀死动物并将其脑组织切成薄片,使其在显微镜下能够透光,从而揭示每片切片中的结构。

但是,从一堆切片重建 3D 结构既不精确又缓慢。而且神经解剖学家一直无法一次性观察整个大脑,因为包裹神经元的脂肪绝缘体会使光线偏转并模糊他们的视野。

使用 CLARITY 技术,首先将小鼠大脑或一块人脑浸泡在水凝胶溶液中。这种粘稠物在加热时会将分子连接在一起,从而稳定蛋白质和核酸,以保持组织的完整性。然后,团队添加带电荷的去污剂来溶解包裹神经元的脂肪。当施加电场时,电流会去除去污剂和脂肪。

结果:一个像玻璃一样的[大脑],无需切片即可清晰地看到精细细节。戴瑟罗斯说,这项技术将通过使研究大脑连接更容易,有助于揭示自闭症等神经和精神疾病中的错误连接。他说,在研究这些疾病时,“一个局限性在于:电路是如何连接起来的?”

[本文最初以“揭示大脑之谜”(Clearing Up the Mysteries of the Brain)为题发表于印刷版。]

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