這項由麻省理工學院團隊開發(fā)的技術流程可以創(chuàng)建人類大腦的整個器官高質量圖像，從宏觀形態(tài)級別到亞細胞組成部分。該技術實現了對大腦組織的高分辨率、高通量成像，而不會破壞組織。研究人員可以對人類大腦的半球進行細致的處理、標記和清晰成像，展現出極高的細節(jié)和速度。

研究的高級作者、麻省理工學院皮科爾學習與記憶研究所的研究員Kwanghun Chung博士表示：“這項技術流程確實使我們能夠在多個尺度上分析人類大腦。潛在地，這項技術流程可以用于完全繪制人類大腦?！痹搱F隊在最新一期的《Science》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，題為《人腦多尺度分子成像和表型分析的綜合平臺》。

通常情況下，對組織樣本進行切片、染色和拍照的過程，尤其是對于像整個人腦這樣的大樣本，往往會破壞樣本，限制了每個樣本可以收集的數據。在這份新報告中，Chung的團隊對人類大腦組織進行了“整體成像，在從單個突觸到整個大腦半球的多個分辨率上，并且我們已經公開了這些數據，”這位高級研究員說道。

為了完成這項任務，Chung的團隊成員創(chuàng)造了三個關鍵創(chuàng)新。首先，Ji Wang博士開發(fā)了Megatome，一種改進的振動切片儀，可以在不造成損傷的情況下精細地切割完整的人腦半球。振動切片儀在刀片運動的精度和樣本穩(wěn)定性方面的改進，不僅使樣本在切割處保持完整，而且比類似的振動切片儀切割速度更快。這些改進使得可以更快、更精確地準備厚度較大的組織塊。

雖然這些組織塊在研究目的上比通常要厚，但Juhyuk Park博士開發(fā)了一種專門用于成像的水凝膠技術。該水凝膠mELAST用于切片前灌注腦樣本。這些樣本和切片清晰、柔韌、耐用且可擴展，保持了組織完整性，并可重復用于未來的研究。

最后，一旦完成切片成像，使用Webster Guan博士開發(fā)的計算系統(tǒng)UNSICE，將這些視覺數據拼接成完整的三維器官重建圖像。UNSICE的算法可以正確對齊和組合樣本圖像，通過追蹤解剖特征（如血管或軸突）將切片匹配正確而精確地拼接在一起。

Chung表示：“我們需要能夠觀察所有這些不同的功能組件，包括細胞、它們的形態(tài)和連接性、亞細胞結構以及它們的個體突觸連接，最好是在同一個大腦中，考慮到人類大腦的高個體差異性和人類大腦樣本的珍貴性。這項技術流程確實使我們能夠以完全整合的方式從同一個大腦中提取所有這些重要特征。”

這項技術可以讓研究人員更快速、高效地檢查大腦組織，并保持組織以供多個研究和額外實驗使用。作為概念驗證，Chung的團隊與合著者Matthew Frosch博士合作，在阿爾茨海默病研究中探索了該技術的應用。

這次合作包括對兩個大腦半球（一個患有阿爾茨海默病，一個對照組）進行全面的檢查和比較。Chung說：“我們沒有事先規(guī)劃所有這些實驗。我們只是開始，然后說，’好，讓我們成像這個樣本，看看我們能發(fā)現什么?！彼麄兊哪繕耸谴_定他們開發(fā)的技術是否能改善對疾病大腦解剖學和顯微解剖學的可視化和理解。Chung補充說：“我們發(fā)現有大量神經元喪失的腦區(qū)，所以我們繼續(xù)深入研究。我們使用了許多不同的標記物來表征并觀察致病因素和不同細胞類型之間的關系?！?/div>