浙江大學(xué)求是高等研究院 大腦是由無數(shù)神經(jīng)元組成的信息計(jì)算和傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò),要了解大腦的運(yùn)行機(jī)制,我們必須了解大腦中的基本計(jì)算單位—神經(jīng)元—是如何相互連接的。用電子顯微鏡重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,光學(xué)顯微成像(Microscope Camera)的速度要比電子顯微成像快很多,但在光學(xué)顯微鏡(Microscope)下,很難觀察到突觸的結(jié)構(gòu)。為解決這個(gè)問題,mGRASP技術(shù)巧妙地利用了綠色熒光蛋白(GFP)標(biāo)記技術(shù).
這項(xiàng)技術(shù)的成功還得益于學(xué)科交叉,除了生物、化學(xué)技術(shù)外,計(jì)算領(lǐng)域的生物圖像信息學(xué)技術(shù)也起了至關(guān)重要的作用。通過顯微成像(Microscope Camera)技術(shù)我們可以得到神經(jīng)元及其突觸的三維圖像,但從中獲取有用的生物學(xué)知識(shí)并不容易,要依靠肉眼觀察將其轉(zhuǎn)換為有意義的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更是一項(xiàng)不可能的任務(wù)。因此,研究人員還開發(fā)了一套完整的定量分析系統(tǒng),可自動(dòng)將多個(gè)視場(chǎng)下的顯微鏡圖像拼接成包含完整神經(jīng)元的三維圖像,然后將圖像中神經(jīng)元的形態(tài)及其突觸提取出來,轉(zhuǎn)化為易于分析的數(shù)字模型,從而使高通量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建成為可能。 研究人員估計(jì),有了這樣的技術(shù),可以使原需幾十年的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建工作在幾個(gè)星期內(nèi)完成。另外,該技術(shù)還可應(yīng)用于疾病機(jī)制的研究,比如自閉癥和帕金森病等神經(jīng)疾病可能與神經(jīng)元連接異常相關(guān),通過mGRASP可以觀察這些疾病下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了怎樣的變化,從而推斷其病理機(jī)制。
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