实时成像方法将结构信息带到大脑功能的映射

为了了解大脑的大规模能力和复杂性，神经科学家将基于它们似乎对处理的内容进行分段，类似于我们感知或如何移动。然而，缺乏缺乏的能力精确地且一致地符合物理结构的区别，特别是在实时动物的情况下，它们正在执行感兴趣的功能。在一项新的研究中，MIT研究人员展示了一种新的方法，在实时小鼠中提供了前所未有的功能映射，其通过将每个区域的结构信息通过皮质来区分为下面的深层组织。

“我们的研究表明，第一次是视觉区域的结构和功能耦合小鼠大脑作者在Mriganka Sur实验室写道，他是皮考尔学习与记忆研究所和麻省理工学院大脑与认知科学系的神经科学牛顿教授。

这项技术可以给科学家们提供更精确的方法来区分他们想要研究的区域的边界和内容，也可以帮助他们更好地理解随着时间的推移，不同功能区域的个体结构差异是如何发展的。例如，Sur的实验室对理解特别复杂的视觉发展非常感兴趣。瑟尔指出，人类有大约35个不同的功能区负责处理视觉，甚至老鼠也有10个功能区。

“在哺乳动物的大脑中，视觉的表现和创造有着深刻的意义，”苏尔说。“这些区域来自哪里，它们意味着什么，它们做了什么?”要理解它们的不同之处并不容易。关键的事情是精确地映射或匹配每个区域的功能表征，以其解剖的独特性。”

结合功能和结构

为了帮助回答这些问题的工具，Postdoc Murat Yildirim领导了该研究发表了生物医学光学表达。在书中，他描述了研究团队如何将一种绘制功能区域的方法——视网膜位图——与一种他帮助的先驱技术——第三次谐波产生(THG)三光子显微镜测量的深层结构信息相结合。

在视网膜外节映射中，研究人员可以通过工程神经元识别功能区域，以响应于特定刺激而变得电活性（并显示钙的变化）。例如，科学家可以显示鼠标在屏幕上移动的模式，并且每个区域显示神经元的屏幕和标记，显示特征位置和响应模式。

三光子显微镜可以很好地分辨单个细胞及其小到一毫米甚至更深的子结构——足以看到整个皮层。与此同时，THG增加了精细分解血管和髓磷脂纤维的能力，髓磷脂包裹着许多神经元的长而卷须状轴突。THG不需要添加任何标记染料或化学物质。

至关重要的是，THG产生称为有效衰减长度（EAL）的重要光学措施，这是在移动通过组织时被吸收或散射的光被吸收或散射的量度。在研究中，Yildirim和共同作者表明EAL具体取决于每个地区它独特的细胞、血管和髓磷脂结构。他们测量了6个视觉功能区中的每一个，结果显示，相邻视觉功能区的EAL显著不同，为每个功能区提供了一种结构特征。事实上，他们的测量是如此精确，以至于他们可以显示出EAL在功能区域内是如何变化的，在中间是最独特的，在边界处与邻近区域的值融合得更近。

换句话说，Yildirim说，通过将视网膜定位与THG三光子显微镜相结合，科学家可以通过功能和结构来识别不同的区域，同时继续对动物进行活体实验。这可以产生更准确和更快的结果，而不是先观察行为，然后解剖组织，希望以后在保留的大脑区域中重新定位相同的位置。

“我们希望将视网膜缺陷的强度与三光子成像相结合以获得更多结构信息，”Yildirim说。“否则，当您完成大脑活动的实时成像时可能存在一些差异，但随后将组织拿出，弄脏并试图找到相同的地区。”

特别是作为三光子显微镜的采用和成像速度改善右转，现在成像一毫米深柱的皮质大约需要15分钟，作者承认 - 团队期望其新方法不仅可以用于视觉系统的研究，但是同样在皮质周围的地区。此外，它可能有助于表征疾病状态以及健康的脑结构和功能。

他们写道:“这一进展应该能够让类似的研究在小鼠和其他动物模型的大脑的其他感觉和非感觉皮质区域的结构和功能耦合。”“我们相信，我们首次描述的视觉区域的结构和功能关联，指向了建立这些区域的关键发展机制，因此我们的工作将导致对这些区域更好的基本理解。大脑以及阿尔茨海默氏症、中风和衰老等疾病。”

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