繪制全細胞神經介觀圖譜的光學多層干涉斷層成像方法

　　大腦的神經回路是極其復雜的網絡，包含數十億個神經元細胞，這些細胞間又存在著數以百億計的連接。如果只了解其中單個分子或單個神經細胞的工作機理而不了解多個神經元細胞之間連接之后的網絡結構和集體行為方式，則無法理解大腦復雜且高等的功能行為，也無法解釋很多腦部疾病的致病機理。目前成像技術眾多，但仍然缺乏可在亞細胞神經元突起水平上描繪出單個腦組織中所有細胞以及神經投射圖譜的方法。構建出一種能快速繪制神經網絡聯接圖譜，展現全細胞細節并與電子顯微成像相關聯以發揮二者優勢的光學成像技術，對了解大腦的工作機制和相關疾病機理具有重大意義。

　　近期，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所張若冰課題組提出一種光學多層干涉斷層成像方法Optical Multilayer Interference Tomography（OMLIT）。科研人員發現，原本僅用于收集超薄切片的卷帶以及為電鏡成像提供導電性的導電鍍層在光學顯微鏡下可發揮獨特作用：光經過層與層之間的反射與干涉后到達物鏡，獲得對比度增強的圖像。OMLIT在此基礎上，通過測試收集超薄切片時所使用的卷帶材料、鍍層材料、鍍層厚度、超薄切片厚度等因素，找到一種在光學分辨率下獲取滿足介觀尺度下要求的圖像的條件。

　　這種成像方法另外的優勢在于快速高效準確。相較于電子顯微鏡成像所需的3.5小時，OMLIT最快可在12分鐘內獲得神經突觸水平下的小鼠皮層三維結構數據集（0.95×1.15×0.027mm3），并可區分和重建所有神經元和神經膠質細胞的形態以及空間位置，以及毛細血管和神經突觸的交織網絡。使用掃描電鏡驗證OMLIT的成像與三維重建精度，展示了兩種成像方法之間的兼容性。科研人員認為，未來可將長程神經投射圖譜與單個腦組織中全細胞的局部回路的互補突觸級細節合并，提高大尺度腦圖譜的成像通量。

　　相關成果發表在ACS Photonics上。

　　論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.1c00892

腦組織樣本中的多層反射模型和細胞結構示意圖

分別使用OMLIT、ATUM-sSEM對小鼠皮層組織同一區域三維重構的結果