朝阳光场显微镜实现神经运动3D成像

大家好，这里是老上光显微镜知识课堂，在这里你可以学到所有关于显微镜知识，好的，请看下面文章： 动。这项技巧次可在毫秒时光的标准上，发生全部 脑的3D影像，可以赞助科学家们发明神经元收集若何处置感到信息和发生行动。这一新办法，揭橥在2014年5月18日的《Nature Methods》杂志。
　　
今朝，美国麻省理工学院和奥地利维也纳 学的研讨人员，创立了一种成像体系，可揭示活体动物全部 脑内的神经运动。这项技巧次可在毫秒时光的标准上，发生全部 脑的3D影像，可以赞助科学家们发明神经元收集若何处置感到信息和发生行动。
研讨小组应用这种新体系，同时实现了秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）每个神经元的运动成像，以及斑马鱼幼虫的全部 脑运动成像，供给了较之前更为周全的神经元体系运动图。
本研讨小组的带头人、麻省理工学院的生物工程、 脑与认知科学副传授Ed Boyden称：“不雅察 脑中仅仅一个神经元的运动，不克不及告知你信息若何被处置；是以，你须要知道上游神经元正在做什幺。为了懂得一个给定神经元运动的意思是什幺，你就须要懂得上游神经元正在做什幺。总之，假如你想懂得从感到一向到运动的信息若何集成，你就必需能看到全部 脑。”
这一新办法，揭橥在2014年5月18日的《Nature Methods》杂志，也能赞助科学家对脑部疾病的生物学基本有更多懂得。Boyden称：“对于任何脑部疾病来说，我们真的不知道具体涉及到哪些细胞。查询拜访全部神经体系的运动，可以赞助我们肯定涉及脑部疾病的细胞或收集，为治疗办法带来新的思绪。”
Boyden研讨小组与维也纳 学Alipasha Vaziri试验室及维也纳分子病理学研讨所合作，开辟了这种 脑影像办法。研讨的作者是麻省理工学院研讨生Young-Gyu Yoon和维也纳 学博士后Robert Prevedel。

高速三维成像
神经元应用电子脉冲（称为动作电位）来编码信息——感官数据、调和区、情绪状况和思惟，从而引起钙离子流入每个放电的细胞中。科学家经由过程使生物工程荧光卵白在联合钙之后发光，可以不雅察该神经元的放电。然而，直到如今还没有一种办法可以或许以很高的速度，实现 体积规模内的这些神经元运动成像。

用激光束来扫描 脑能发生神经运动的三维图像，然则捕捉一副图像须要很长的时光，因为每个点必需零丁扫描。麻省理工学院研讨小组愿望实现相似的三维成像，然则加速这个进程，以使他们可以或许看到神经元放电，它的产生仅需几毫秒。
该办法是基于一种普遍应用的技巧，称为光场成像（light-field imaging），经由过程测量入射光线的角度发生3D图像。本文配合作者、麻省理工学院媒体艺术与科学副传授Ramesh Raskar，普遍从事开辟这种类型的3D成像。先前，多个小组就已经开辟出光场成像显微镜。在这项新研讨中，麻省理工学院和奥地利的研讨人员优化了光场显微镜，并用它初次实现神经运动的成像。
应用这种显微镜，正在成像的样品所发出的光线，经由过程一排镜头发送，这些镜头可在分歧的偏向折射光线。样品的每个点会发生 约400个分歧的光点，然后应用盘算机算法将它们从新联合，重建3D构造。
Boyden称：“假如你在样品中有一个发光分子，这些渺小的镜头不是仅仅将其聚焦成拍照机上的一个点（像惯例显微镜），而是把它的光线投射到很多点上。依据这些，你可以揣摸分子地点的三维地位。”

运动中的神经元
研讨人员应用这种技巧，实现了秀丽隐杆线虫的神经运动成像，它的全部神经线路图都是已知的。这种1毫米长的蠕虫有302个神经元，当它进行神经运动（如爬行）时，研讨人员可以或许拍摄到每个神经元。他们还不雅察到感官刺激（如气息）所发生的神经反响。

Boyden称，光场显微镜的缺陷是，分辩率不如慢慢扫描样品的技巧那样好。当前的分辩率足够高，能看到单个神经元的运动，然则研讨人员正在尽力改良，以使显微镜也能用来影像神经元的一部门，如神经元主体上分支出来的长树突（dendrites）。他们还愿望加速盘算进程，今朝须要几分钟的时光来剖析一秒钟的成像数据。

研讨人员还筹划将这一技巧与光学遗传学联合起来，可经由过程把光照耀在工程表达光敏感卵白的细胞外面，掌握神经元的放电。经由过程应用光线刺激神经元，不雅察 脑中的其他部位，如许科学家就可以肯定哪些神经元正在介入特定的义务。

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