新显微镜技术清晰重现大脑复杂网络
科技日报讯 （记者张佳欣）人脑是由数十亿个神经细胞构成的错综复杂的网络，不断处理着各种信号，使人们能够认知、思考、回忆或进行身体活动。要理解这个复杂的网络，就需要精确观察这些神经细胞是如何排列和连接的。奥地利科学技术研究所（ISTA）和谷歌研究院团队开发的一种新型显微镜技术“LICONN”（基于光学显微镜的连接组学），为揭开大脑奥秘提供了助力。相关论文5月7日发表于《自然》杂志。
谷歌研究的深度学习技术可以预测神经元结构及其在脑组织内的位置。图片来源：英国《自然》网站
LICONN能够重现脑组织以及神经元之间的所有突触连接。它利用标准光学显微镜进行图像采集，并将复杂的分子机制与神经元结构可视化。它就像一个“拼图高手”，将每个突触连接正确地与其对应的神经元相连，组装出复杂的大脑网络。
团队称，到目前为止，还没有其他光学显微镜技术能做到这一点。
要获得高清晰细节，分辨率必须极高，在几十纳米左右。为此，团队利用了水凝胶的化学和物理特性。水凝胶能吸水膨胀，但膨胀过程受到严格控制。他们将大脑组织嵌入水凝胶中。细胞成分与水凝胶相连，使细胞的精细超微结构被印在水凝胶上，保留下来以供显微镜观察。
传统光学显微镜的分辨率通常为250—300纳米，新技术将有效分辨率提高了16倍，达到了20纳米以下。
与此同时，谷歌的人工智能技术能在更大范围内自动识别神经元及其复杂结构，使重建所有细胞成分这一艰巨任务变得切实可行。
通过遵循这一全面的流程，团队创建了大脑网络的3D渲染图，不仅精确地重现大脑组织，还可视化了神经元连接和网络。他们表示，LICONN使科学家离拼装出哺乳动物大脑图更近了一步，也有助于更好地理解大脑在健康和疾病状态下的功能。
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