LICONN: новый метод микроскопии реконструирует ткань мозга млекопитающих с синаптической детализацией
Ученые из Института науки и технологий Австрии (ISTA) и Google Research разработали новый метод микроскопии "LICONN" (light-microscopy-based connectomics). Это первая технология, помимо электронной микроскопии, способная реконструировать ткань мозга со всеми синаптическими связями между нейронами, используя стандартные световые микроскопы.
Суть метода
- Принцип работы: LICONN действует как "сборщик пазлов", собирая тончайшие нейронные отростки и правильно связывая каждый синапс с соответствующим нейроном.
- Ключевая инновация: Метод позволяет визуализировать сложные молекулярные механизмы (например, молекулы, участвующие в синаптической передаче) в контексте структурной реконструкции нейронов.
- Доступность: Изображения получают на стандартном серийном микроскопе, что делает метод воспроизводимым по всему миру без необходимости в дорогом оборудовании.
Технология увеличения с помощью гидрогеля
Для достижения необходимого разрешения (лучше 20 нм, что в 10 000 раз меньше ширины человеческого волоса) используется гидрогель:
- Исследуемая ткань мозга внедряется в гидрогель, и ультраструктура клеток "отпечатывается" на нем.
- Перед визуализацией в материал добавляют воду, что заставляет гель равномерно расширяться во всех направлениях.
- Расширение раздвигает элементы ткани мозга настолько, что их можно разрешить на стандартном световом микроскопе. Эффективное разрешение увеличивается в 16 раз.
Междисциплинарный подход
Разработка LICONN объединила несколько областей:
- Нейронауки и химия: для подготовки образцов и экспериментов.
- Компьютерные науки (Google Research): для автоматизации анализа. Методы глубокого обучения (ИИ) обучали сегментировать отдельные клетки в ткани, что сделало масштабную реконструкцию практически выполнимой задачей.
- Обработка данных (ISTA): алгоритмы автоматически обнаруживают синаптические связи и преобразуют сырые данные визуализации в подробные карты связности.
Значение и перспективы
LICONN позволяет:
- Создавать детальные 3D-визуализации архитектуры мозга нового уровня сложности.
- Наносить на нейронные реконструкции расположение специфических молекул.
- Сделать шаг к сбору "пазлов" мозга млекопитающих и лучшему пониманию его работы в здоровье и при болезнях.
Метод опубликован в журнале Nature.
