新方法揭示大腦白質(zhì)中的神經(jīng)連接細(xì)節(jié)

　　人類的大腦是一個(gè)持續(xù)不斷的活動場所，它的860億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）將電信號從大腦的一個(gè)區(qū)域發(fā)送到另一個(gè)區(qū)域。這些信號沿著白質(zhì)纖維---一個(gè)由線狀纖維組成的迷宮---傳播，最終產(chǎn)生了所有的大腦功能。揭示神經(jīng)元之間的這些線狀公路一直是神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)長期挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的在細(xì)胞水平上繪制這種神經(jīng)回路的方法要么**于動物

　　2021年10月10日訊/生物谷BIOON/---人類的大腦是一個(gè)持續(xù)不斷的活動場所，它的860億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）將電信號從大腦的一個(gè)區(qū)域發(fā)送到另一個(gè)區(qū)域。這些信號沿著白質(zhì)纖維---一個(gè)由線狀纖維組成的迷宮---傳播，最終產(chǎn)生了所有的大腦功能。揭示神經(jīng)元之間的這些線狀公路一直是神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)長期挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的在細(xì)胞水平上繪制這種神經(jīng)回路的方法要么**于動物研究，要么需要高度專業(yè)化的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。

　　在一項(xiàng)新的研究中，以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Aviv Mezer教授和Roey Schurr博士開發(fā)出一種繪制和可視化觀察這些神經(jīng)纖維的新方法。他們利用了一種已經(jīng)存在了近140年的技術(shù)，不過這種技術(shù)之前從未被用于研究大腦白質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究結(jié)果于2021年10月7日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“The glial framework reveals white-matter fiber architecture in human and primate brains”。

　　長期以來，神經(jīng)元本身一直在使用紫色的Nissl染色劑（Nissl stain）進(jìn)行研究---這種染色劑是由德國醫(yī)科學(xué)生Franz Nissl在19世紀(jì)80年代發(fā)明的。它在神經(jīng)元染色中的應(yīng)用徹底改變了我們對大腦皮層的理解。然而，Mezer和Schurr是**使用Nissl染色的大腦切片來揭示白質(zhì)中的神經(jīng)纖維通路。

　　大腦的白質(zhì)主要由神經(jīng)纖維和一組稱為膠質(zhì)細(xì)胞（glia）的細(xì)胞組成。這些膠質(zhì)細(xì)胞在此之前在很大程度上被忽視了，被認(rèn)為是大腦中相當(dāng)不重要的空間填充物---事實(shí)上它們的名字“膠質(zhì)細(xì)胞”來自于古希臘語，意思是“膠水”。當(dāng)Schurr作為博士生加入Mezer的實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他決定看一些Nissl染色的腦組織的圖片。Schurr說，“這只是好奇心。教科書上有很多插圖，但我想了解大腦白質(zhì)究竟是什么樣子的?！?/p>

　　令Schurr驚訝的是，他注意到這些膠質(zhì)細(xì)胞形成了一種短列的模式。此外，這些膠質(zhì)細(xì)胞排列似乎與局部的神經(jīng)纖維一致。Schurr說，“我們做了一次徹底的文獻(xiàn)審查，發(fā)現(xiàn)1992年的一篇論文已經(jīng)描述了這種膠質(zhì)細(xì)胞組織，但是這一發(fā)現(xiàn)在我們的領(lǐng)域沒有得到應(yīng)有的關(guān)注?！?/p>

　　Nissl ST成像：1.左上：在人類大腦半球的單個(gè)切片上使用Nissel ST技術(shù)的結(jié)果。我們可以看到神經(jīng)纖維取向圖（方向根據(jù)右邊的半圓進(jìn)行顏色編碼）。2.右上：稱為胼胝體的白質(zhì)束中神經(jīng)纖維取向圖的放大圖。3.**行：沿白質(zhì)束不同位置的Nissl染色圖像。染色的膠質(zhì)細(xì)胞排列在每個(gè)位置的取向不同。4.最下面一行：我們的方法選擇的這些取向恢復(fù)底層的纖維取向。圖片來自Roey Schurr/Hebrew University。

　　此后，Schurr開展了其他方面的研究，但是最近，他又回到了他所做的那項(xiàng)不尋常的觀察。Mezer和Schurr意識到，通過使用圖像處理領(lǐng)域的簡單計(jì)算工具，他們可以利用模式化的細(xì)胞組織來揭示白質(zhì)結(jié)構(gòu)。Mezer說，“當(dāng)我們**次將這種技術(shù)應(yīng)用于Nissl染色的大腦切片時(shí)，我感到非常驚訝。在Nissl染色的圖片中，白質(zhì)呈模糊均勻的外觀。應(yīng)用一些計(jì)算工具后，突然出現(xiàn)了一張彩色圖片，描繪一直隱藏在那里的白質(zhì)纖維的精細(xì)結(jié)構(gòu)。我們立即認(rèn)識到這是科學(xué)家們在白質(zhì)研究中一直在尋找的一塊重要拼圖?！?/p>

　　這種被Mezer和Schurr稱為Nissl-ST（Nissl-based Structure Tensor）的技術(shù)可以用于任何經(jīng)過Nissl染色的大腦切片中的白質(zhì)。由于Nissl染色是腦科學(xué)中最常用的染色劑，在世界各地都可以找到很多這種染色劑，包括高分辨率染色腦切片的數(shù)字化數(shù)據(jù)集和開源圖譜。

　　Mezer總結(jié)說，“Nissl-ST的應(yīng)用對于未來研究正常大腦發(fā)育、衰老和影響白質(zhì)的病理狀態(tài)（如神經(jīng)變性和精神分裂癥）中的白質(zhì)有很大的潛力?！?/p>