「高精度」猕猴脑啥样？（猕猴大脑微米级分辨率三维解析实现）

大脑是生命活动的司令部，识别大脑三维结构，对脑科学研究有重要作用。7月26日，中科院深理工/中科院深圳先进院毕国强教授等的最新研究成果发表于《自然生物技术》。团队历时5年，通过自主研发的高通量三维荧光成像VISoR技术和灵长类脑图谱绘制SMART流程，实现了猕猴大脑的微米级分辨率三维解析。这也是目前世界上最高精度的灵长类动物脑图谱。

长久以来，为了能看清大脑的内部结构，了解其运转机制，科学家们都在尝试绘出一幅包含连接,功能和微观结构的大脑高清地图并做出诸多努力，然而其技术难度极大。

大脑内部的神经网络结构，就像地球表面错综复杂的道路与河流。要绘制它的高清地图，需要精细分解和描绘复杂的三维结构。由于技术限制，目前的脑图谱研究主要集中于小鼠层面，国际通用的成像技术，对小鼠进行微米分辨率全脑成像，通常需要数天时间。猕猴脑体积为鼠脑的200倍以上，要在较短时间内完成猕猴全脑成像，是一项极大挑战。

此前，团队经过数年攻关，研发了VISoR高速三维荧光成像技术，于2019年发表于《科学评论》。这一技术通过斜截面扫描照明与同步成像，实现了在样品连续运动时，进行无模糊的图像采集，消除了传统大样品成像需要在不同的小视野切换、停顿所带来的时间损失，数据采集速度比当前通用的几种方法提升了数十倍。

据悉，该项目中两只猕猴大脑图像原始数据量超过了1 PB，约相当于113块10T硬盘的数量存储大小。如此海量的数据蕴含着非常庞大的信息量，但也为数据分析带来极大的挑战。论文共同第一作者徐放表示。为此，团队开发了自动三维图像拼接技术，实现了猕猴大脑的三维图像重建。

成像不仅要全面，更要高清。大脑内有上亿个神经元，长长的神经元轴突就像是电线，延伸到大脑的各个区域，发挥着传输信号的功能。要完整描绘它们，需要微米级分辨率。

为此，团队开发了渐进式的半自动追踪技术，实现了对神经元轴突的长距离追踪，并基于前期工作基础，发现了前所未知的猕猴轴突纤维投射特，及其在大脑皮质沟回处转折延伸的多种路径形态。

他们的初步观察表明，大脑皮层下方白质中的许多轴突具有出乎意料的复杂轨迹，包括与皮层折叠相关联的急转弯。这一发现可能对理解大脑形态发生和布线长度最小化原则具有深远的意义。美国科学院院士、神经生物学与解剖学家、华盛顿大学David van Essen(大卫冯埃森)教授表示。

VISoR技术作为当前世界最快的大尺度三维组织成像方法，可以对各种模型动物大脑进行高通量、高精度的定量解析，并可扩展至其他组织器官，在大规模药物筛选、快速病理诊断，以及更大型生物样品成像等领域都有广阔的应用前景。这项技术产生的超大规模数据与人工智能技术的结合，有望加速脑疾病诊断和药物研发。毕国强表示。(深圳商报记者 袁斯茹)