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分辨率提高16倍！新型顯微鏡技術清晰重現大腦復雜網絡
2025年05月12日 10:19:58
來源：化工儀器網 點擊量：5688
近日，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。
人腦是非常復雜的生物系統，擁有上千億個神經細胞(神經元)；神經元之間有復雜的神經纖維連接，通過百萬億個連接點(突觸)，形成神經網絡和主導各種腦功能的神經環路。要理解這個復雜的系統，就需要超高分辨率的光學設備輔助觀察。
就在近日，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。相關論文發表于《自然》雜志。
隨著科學技術的快速發展，以及健康需求的不斷提升，腦科學研究不僅可以使我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理，對人類認識自身有重大科學意義，還能夠對各種腦功能神經基礎進行解析，對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義，腦科學所啟發的類腦研究也將推動新一代人工智能和新型信息產業的發展。
新型顯微技術“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。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。
要獲得高清晰細節，分辨率必須極高，在幾十納米左右。為此，在此次研究中，科研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。科研團隊表示，新型顯微技術“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。未來，隨著技術的優化升級，更高分辨率、更高精確度的顯微技術有望問世，為醫療科學研究等領域提供堅實支撐。
素材來源：科技日報
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