具有自适应光学突触分辨率的深脑成像2-光子子宫内膜

在哺乳动物动物模型中对生物大脑进行体内成像的能力对于阐明大脑功能的态度至关重要。然而，大脑由数十亿个神经元组成，每个神经元通过突触与数千个相连，允许传输信息的神经元之间的通信网站。因此，为了真正了解神经元突触相互作用的动态，需要在高空间和时间分辨率下脑的形态学和功能成像的能力。

目前，科学家有很多成像大脑的方法，但可用的解决方案受到极大限制。电子显微镜可以提供高空间分辨率，然而不适合生物组织的实时成像。普通的非侵入性技术，如CT，MRI / FMRI，PET和超声波，具有有限的突触分辨率。虽然光学显微镜提供亚细胞分辨率并且对生物样品无毒，其成像深度受组织和成像系统引起的光学散射和像差的限制。同时，双光子显微镜仅限于仅成皮层区域的成像，使皮袋和深脑结构无法到达。

认识到需要改进的成像能力，来自香港科技大学（HKST）的一群科学家，重点是他们在突触分辨率下实现脑成像的景象。努力，电子计算机工程系教授和研究与开发和生命科学教授副总统南希知识产权教授之间的协作努力，导致了成功发展一种新的成像技术 - 自适应光学两张光子元眼镜 - 这使得能够在高分辨率下进行深脑结构的体内成像。值得注意的是，这项技术可以在从未熟练康复的地区的大脑功能上阐明了脑功能。

该组随后利用了自适应光学两个光子子宫内膜系统来研究海马中的神经元可塑性，临界深脑结构，并揭示了海马内锥体神经元的体细胞和树突活动之间的关系。该研究的结果最近在期刊上发表了科学推进2020年9月30日。

“这项技术使得能够成像其他深脑结构，如纹状体，真实性的NIGRA和下丘脑，”曲教授说。“因此，它是一种令人兴奋的发展，并具有了解大脑功能和促进大脑更深部分的神经科学研究的潜力。”

知识产权教授，其研究旨在了解阿尔茨海默病中海马在海马的神经元通信的减值，特别感兴趣地开发改善海马中神经元通信的方法。能够在突触所在的状态和树突刺的数量和大小的能力方面取决于对内存损伤期间的神经传递，或用治疗药物候选物治疗后的神经传递方式的理解。

“双光子硬子的发展是显着的。我们现在可以检查海马结构突触的动态变化，”知识产权教授。“与此同时，我们也能够检查海马中不同人群的射击活动。这将促进我们对学习和记忆的分子基础的理解及其在许多神经疾病中记忆功能障碍的病程。”

在他们的研究中，该组使用称为咧嘴笑镜的微型内窥镜寻求图像海马神经元。然而，咧嘴镜片的分辨率低，并且成像视野是有限的。因此，诸如树突状脊柱的微小结构，可以清楚地看到来自邻近神经元的信息的神经元的突起。这是自适应光学技术发挥作用的地方。

最初为基于地面的天文望远镜开发，以补偿大气的光畸变，自适应光学技术采用明亮的明星，或一个所谓的“导向星”来测量大气的光畸变，然后补偿使用可变形镜子失真。在开发自适应光学双光子显微镜系统时，HKust组类似地使用局部荧光信号作为生物组织内的“导八”，这使得它们测量内窥镜和脑组织的像差。

“在高分辨率高大脑进行生物成像的能力长期以来一直是挑战。与自适应光学双光子硬质元镜检查，我们现在可以研究深层的结构和功能脑以前所未决的决议，这将极大地加速我们在理解许多神经变性疾病的机制以及发展相关治疗方面的进展，“Qu教授说。

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