新型超分辨成像技術(shù)突破神經(jīng)科學(xué)研究壁壘
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)王凱團(tuán)隊(duì)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得了重大突破，他們成功開發(fā)了一種新型超分辨顯微成像技術(shù)，該技術(shù)能夠在清醒動(dòng)物中對(duì)神經(jīng)元的快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行超分辨率光學(xué)成像和解析。這一研究成果于2024年11月22日在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature Methods上發(fā)表，題為“Super-resolution imaging of fast morphological dynamics of neurons in behaving animals”。
理解微觀生命過程如何有機(jī)構(gòu)成宏觀生命體，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的生理功能，一直是生命科學(xué)的重要研究內(nèi)容。然而，傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡受限于光學(xué)衍射效應(yīng)，無法突破200~300納米的分辨率極限，使得科學(xué)家們難以進(jìn)一步觀察和研究更精細(xì)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)。這一局限性在神經(jīng)科學(xué)研究中尤為突出，因?yàn)樯窠?jīng)元突觸等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的形態(tài)和功能可塑性對(duì)于學(xué)習(xí)記憶等生理過程至關(guān)重要。
為了克服這一技術(shù)難題，王凱團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了多模式復(fù)用結(jié)構(gòu)光線照明超分辨顯微成像技術(shù)(MLS-SIM)。該技術(shù)的核心在于在單次線掃描成像過程中，通過快速切換不同的線照明模式來分別獲得三個(gè)方向上的超分辨信息，并結(jié)合新的超分辨重構(gòu)理論框架，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的超分辨圖像重構(gòu)。這一創(chuàng)新不僅解決了背景噪聲干擾和運(yùn)動(dòng)偽影兩大技術(shù)難題，還使得在清醒動(dòng)物中對(duì)神經(jīng)元的快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行超分辨率光學(xué)成像成為可能。
MLS-SIM技術(shù)的橫向分辨率可達(dá)150納米，甚至可以通過非線性熒光激發(fā)提高至約100納米，同時(shí)保持對(duì)樣品運(yùn)動(dòng)的高容忍度。這意味著科學(xué)家們可以首次在清醒動(dòng)物中觀察到神經(jīng)元樹突棘和軸突終扣上快速變化的尖刺動(dòng)態(tài)，并量化研究清醒-睡眠循環(huán)中神經(jīng)元的微觀快速動(dòng)態(tài)的改變。
利用這一新技術(shù)，王凱團(tuán)隊(duì)在清醒的小鼠大腦中發(fā)現(xiàn)了許多新的現(xiàn)象。他們觀察到，神經(jīng)元樹突棘和軸突終扣上存在著快速變化的尖刺動(dòng)態(tài)，這些動(dòng)態(tài)變化與學(xué)習(xí)記憶等生理過程密切相關(guān)。此外，他們還通過雙色超分辨同時(shí)成像技術(shù)，探究了PSD-95蛋白聚團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)與樹突棘發(fā)生之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，樹突主干上的PSD-95聚團(tuán)和主干上的小突起存在著顯著的共定位現(xiàn)象，這一新發(fā)現(xiàn)的小突起結(jié)構(gòu)及其與PSD-95的共定位可能暗含樹突棘發(fā)生的細(xì)胞機(jī)制。
這一研究成果不僅填補(bǔ)了超分辨顯微鏡在清醒動(dòng)物上開展成像的空白，還為神經(jīng)科學(xué)研究提供了新的有力工具。科學(xué)家們現(xiàn)在可以更深入地了解神經(jīng)元突觸等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的形態(tài)和功能可塑性，這對(duì)于揭示學(xué)習(xí)記憶等生理過程的底層機(jī)理、理解大腦工作原理具有重要意義。
王凱團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)優(yōu)化和完善MLS-SIM技術(shù)，拓展其在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。未來，這一技術(shù)有望為神經(jīng)科學(xué)研究帶來更多的突破和發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)生命科學(xué)研究的深入發(fā)展。
關(guān)注本網(wǎng)官方微信 隨時(shí)閱讀專業(yè)資訊
- 多焦面-干涉-共聚焦復(fù)合功能顯微鏡中標(biāo)結(jié)果公告 2024-11-25 10:27:15
- 項(xiàng)目名稱：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院多焦面-干涉-共聚焦復(fù)合功能顯微鏡采購項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：0729-244OIT521840/02，招標(biāo)范圍：多焦面-干涉-共聚焦復(fù)合功能顯微鏡 1套，招標(biāo)機(jī)構(gòu)：東方國際招標(biāo)有限責(zé)任公司，招標(biāo)人：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
- 大慶油田有限責(zé)任公司X射線衍射儀中標(biāo)結(jié)果公告 2024-11-21 10:44:45
- 項(xiàng)目名稱：大慶油田有限責(zé)任公司 激光共聚焦顯微鏡、X射線衍射儀，項(xiàng)目編號(hào)：0720-2440zbzx0229，招標(biāo)范圍：激光共聚焦顯微鏡 數(shù)量：1臺(tái) X射線衍射儀 數(shù)量：1臺(tái)，招標(biāo)機(jī)構(gòu)：中國石油物資有限公司，招標(biāo)人：大慶油田有限責(zé)任公司，
- 1.21億 浙江大學(xué)儀器采購意向 2024-11-21 08:58:16
- 近期，浙江大學(xué)連續(xù)發(fā)布多項(xiàng)儀器設(shè)備采購意向，預(yù)算金額達(dá)12062.5萬元。
- 大口徑共聚焦顯微鏡中標(biāo)結(jié)果公告 2024-11-20 10:27:21
- 項(xiàng)目名稱：中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所大口徑共聚焦顯微鏡采購項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：0701-244002130380，招標(biāo)范圍：中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所大口徑共聚焦顯微鏡采購項(xiàng)目，招標(biāo)機(jī)構(gòu)：中技國際招標(biāo)有限公司，招標(biāo)人：中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
版權(quán)與免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
