ความก้าวหน้าซึ่งเผยแพร่เมื่อวันที่ 9 มิถุนายนในNeuroImageจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเชื่อมต่อไบโอมาร์คเกอร์ในระดับจุลทรรศน์และระดับมหภาค ปรับปรุงความละเอียดของการถ่ายภาพด้วย MRI และให้บริบทที่ดียิ่งขึ้นสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ผู้เขียนอาวุโส Narayanan "Bobby" Kasthuri, MD, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาที่ UChicago และนักวิจัยด้านประสาทวิทยาที่ Argonne กล่าวว่า "ห้องปฏิบัติการของเรามีความสนใจในการทำแผนที่สมองในหลายระดับเพื่อให้ได้คำอธิบายที่เป็นกลางว่าสมองเป็นอย่างไร "เมื่อฉันเข้าร่วมคณะที่นี่ สิ่งแรกที่ฉันได้เรียนรู้คือ Argonne มีกล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ที่ทรงพลังอย่างยิ่ง และยังไม่ได้ใช้สำหรับการทำแผนที่สมอง ดังนั้นเราจึงตัดสินใจลองใช้"

กล้องจุลทรรศน์ใช้ประเภทของการถ่ายภาพที่เรียกว่าเอกซเรย์เอกซ์เรย์แบบซิงโครตรอน ซึ่งสามารถเปรียบได้กับ "ไมโครซีที" หรือการสแกนด้วยเอกซเรย์ไมโครคอมพิวเตอร์ ต้องขอบคุณรังสีเอกซ์อันทรงพลังที่ผลิตโดยเครื่องเร่งอนุภาคซิงโครตรอนที่ Argonne นักวิจัยจึงสามารถถ่ายภาพสมองของหนูทั้งหมดได้ ประมาณหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร ที่ความละเอียดไมครอน 1/10,000 ของเซนติเมตร ใช้เวลาประมาณหกชั่วโมงในการรวบรวมภาพสมองทั้งหมด โดยเพิ่มข้อมูลได้มากถึง 2 เทราไบต์ (TB) นี่เป็นหนึ่งในวิธีที่เร็วที่สุดสำหรับการถ่ายภาพสมองทั้งหมดในระดับความละเอียดนี้

MRI สามารถสร้างภาพสมองทั้งหมดได้อย่างรวดเร็วเพื่อติดตามเส้นทางของเส้นประสาท แต่ความละเอียดไม่เพียงพอที่จะสังเกตเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์หรือการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาท อีกด้านหนึ่งของมาตราส่วน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (EM) สามารถเปิดเผยรายละเอียดของไซแนปส์แต่ละรายการ แต่สร้างข้อมูลจำนวนมหาศาล ทำให้ยากต่อการคำนวณที่จะดูเนื้อเยื่อสมองที่มีขนาดใหญ่กว่าสองสามไมโครเมตรในปริมาตร เทคนิคที่มีอยู่สำหรับการศึกษา neuroanatomy ที่ความละเอียดไมโครมิเตอร์มักเป็นเพียงโปรโตคอลสองมิติหรือใช้โปรโตคอลที่ไม่เข้ากันกับการถ่ายภาพด้วย MRI หรือ EM ทำให้ไม่สามารถใช้เนื้อเยื่อสมองเดียวกันสำหรับการถ่ายภาพในทุกระดับได้

นักวิจัยตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าวิธีการ micro-CT หรือ μCT ใหม่ของพวกเขาสามารถช่วยเชื่อมช่องว่างความละเอียดที่มีอยู่นี้ Sean Foxley, PhD, Research Assistant Professor กล่าวว่า "มีการศึกษาเกี่ยวกับภาพจำนวนมากที่ผู้คนใช้ MRI เพื่อดูระดับสมองทั้งหมด จากนั้นจึงพยายามตรวจสอบผลลัพธ์เหล่านั้นโดยใช้ EM แต่ก็มีความไม่ต่อเนื่องในการแก้ปัญหา ที่ UChicago "เป็นการยากที่จะพูดอะไรเกี่ยวกับเนื้อเยื่อปริมาณมากที่คุณเห็นด้วย MRI เมื่อคุณดูชุดข้อมูล EM และรังสีเอกซ์สามารถเชื่อมช่องว่างนั้นได้ ในที่สุดเราก็มีบางอย่างที่ทำให้เรามองได้ในทุกระดับ ของความละเอียดได้อย่างลงตัว"

Foxley, Kasthuri และทีมอื่นๆ ได้รวมความเชี่ยวชาญใน MRI และ EM เข้าด้วยกัน เลือกที่จะพยายามทำแผนที่สมองของเมาส์เพียงตัวเดียวโดยใช้สามวิธีนี้ “ทำไมเราถึงเลือกสมองของหนู เพราะมันพอดีกับกล้องจุลทรรศน์” Kasthuri กล่าวพร้อมกับหัวเราะ "แต่เมาส์ยังเป็นเครื่องกระตุ้นของประสาทวิทยาศาสตร์อีกด้วย ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการวิเคราะห์สภาวะการทดลองต่างๆ ในสมอง"

หลังจากรวบรวมและรักษาเนื้อเยื่อแล้ว ทีมงานได้วางตัวอย่างลงในเครื่องสแกน MRI เพื่อรวบรวมภาพโครงสร้างของสมองทั้งหมด ถัดไป มันถูกวางไว้บนเวทีหมุนในเครื่องสแกน μCT ที่ Advanced Photon Source ซึ่งเป็นสำนักงานผู้ใช้วิทยาศาสตร์ของ DOE เพื่อรวบรวมข้อมูล CT ก่อนที่จะระบุบริเวณที่สนใจเฉพาะในก้านสมองและสมองน้อยสำหรับการกำหนดเป้าหมายสำหรับ EM

หลังจากหลายเดือนของการประมวลผลข้อมูลและการติดตามภาพ นักวิจัยได้พิจารณาว่าพวกเขาสามารถใช้เครื่องหมายโครงสร้างที่ระบุใน MRI เพื่อระบุกลุ่มย่อยของเซลล์ประสาทเฉพาะในบริเวณสมองที่กำหนด และสามารถติดตามขนาดและรูปร่างของร่างกายแต่ละเซลล์ได้ พวกมันยังสามารถติดตามซอนของเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ในขณะที่พวกมันเดินทางผ่านสมอง และสามารถเชื่อมโยงข้อมูลจากภาพ μCT กับสิ่งที่พวกเขาเห็นที่ระดับ synaptic กับ EM

ทีมงานกล่าวว่าวิธีการนี้ไม่เพียง แต่จะเป็นประโยชน์สำหรับการถ่ายภาพสมองที่ความละเอียด μCT แต่ยังช่วยในการแจ้งข้อมูล MRI และ EM

"การถ่ายภาพสมองขนาด 1 มิลลิเมตรด้วย EM ซึ่งเทียบเท่ากับความละเอียดขั้นต่ำของภาพ MRI ทำให้เกิดข้อมูลเกือบล้านกิกะไบต์" Kasthuri กล่าว "และนั่นเป็นเพียงแค่การดูลูกบาศก์ขนาด 1 มิลลิเมตรเท่านั้น! ฉันไม่รู้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นในลูกบาศก์ถัดไปหรือถัดไป ดังนั้นฉันจึงไม่มีบริบทสำหรับสิ่งที่ฉันเห็นกับ EM จริงๆ MRI สามารถให้บริบทบางอย่างได้ ยกเว้นว่ามาตราส่วนนั้นใหญ่เกินไปที่จะเชื่อม ตอนนี้ μCT นี้ทำให้เรามีบริบทที่จำเป็นสำหรับงาน EM ของเรา"

ในอีกด้านของมาตราส่วน Foxley รู้สึกตื่นเต้นกับวิธีการที่วิธีนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจสมองที่มีชีวิตผ่าน MRI "เทคนิคนี้ทำให้เรามีวิธีที่ชัดเจนในการระบุการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของสมองเมื่อมีโรคหรือการบาดเจ็บ" เขากล่าว "ตอนนี้เราสามารถเริ่มมองหาไบโอมาร์คเกอร์ด้วย μCT ที่เราสามารถย้อนกลับไปยังสิ่งที่เราเห็นใน MRI ในสมองที่มีชีวิต การเอ็กซ์เรย์ช่วยให้เราดูสิ่งต่างๆ ในระดับเซลล์ จากนั้นเราก็สามารถถามได้ว่า อะไรเปลี่ยนแปลงในระดับเซลล์ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทั่วโลกในสัญญาณ MRI ในระดับมหภาค"

นักวิจัยได้ใช้เทคนิคนี้เพื่อเริ่มสำรวจคำถามที่สำคัญในด้านประสาทวิทยา โดยดูที่สมองของหนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อพัฒนาโรคอัลไซเมอร์ เพื่อดูว่าสามารถแกะรอยคราบจุลินทรีย์ที่มองเห็นด้วย μCT กลับไปเป็นการเปลี่ยนแปลงที่วัดได้ในการสแกนด้วย MRI หรือไม่ โดยเฉพาะในระยะแรกของโรค

ที่สำคัญ เนื่องจากงานนี้ทำที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ แหล่งข้อมูลนี้จะเปิดกว้างและเข้าถึงได้ฟรีสำหรับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ทั่วโลก ทำให้นักวิจัยสามารถเริ่มถามและตอบคำถามที่ครอบคลุมทั้งสมองและไปถึงระดับซินแนปติกได้ .

อย่างไรก็ตาม ในขณะนี้ ทีม UChicago สนใจที่จะปรับปรุงเทคนิคนี้ต่อไป "ขั้นตอนต่อไปคือการทำสมองของเจ้าคณะทั้งหมด" Kasthuri กล่าว "สมองของหนูเป็นไปได้ และมีประโยชน์สำหรับแบบจำลองทางพยาธิวิทยา แต่สิ่งที่ฉันต้องการจะทำคือให้สมองของไพรเมตทั้งหมดถูกสร้างภาพลงไปที่ระดับของเซลล์ประสาททุกอันและทุกการเชื่อมต่อของไซแนปติก และเมื่อเราทำเช่นนั้นแล้ว ฉันก็อยากทำ ทั้งสมองของมนุษย์”สล็อตออนไลน์ 918kiss