由麻省理工學院（MIT）和霍華德·休斯醫(yī)學研究所（HHMI）的科學家們領銜的一支團隊，成功對果蠅的完整大腦進行了成像，清晰度達到了納米級！這讓我們能夠看清大腦中，不同的神經(jīng)細胞，乃至蛋白質(zhì)在空間上的相對分布，對基礎科研有著極為重要的意義。

嬰兒尿布與大腦研究

      在2015年左右，Boyden教授團隊向解析大腦的高清結(jié)構(gòu)發(fā)起了沖鋒，目標是理清大腦在細胞、乃至蛋白層面上如何進行組合。為了實現(xiàn)這一目標，科學家們開發(fā)了一種看起來很有趣的研究方法：他們首先往大腦組織樣本中注射一種膠狀物質(zhì)，隨后讓這些凝膠吸水膨脹，把大腦撐開。

從原理上看，這和嬰兒尿布中的材料吸水膨脹，有著異曲同工之妙。這種看起來簡單的方法，在解析大腦結(jié)構(gòu)中扮演了重要的角色。在長、寬、高的維度上膨脹擴大2倍，整個體積就會擴大8倍。由于膨脹后的大腦組織更為松散，對其進行顯微觀察就成為了可能。更關(guān)鍵的是，大腦樣本中的這些神經(jīng)細胞，相對位置被凝膠所固定，并不會發(fā)生變化。正是因為這一突破，針對特定的大腦細胞或小型大腦區(qū)域，我們已經(jīng)獲得了不少“高清地圖”。

兩種顯微技術(shù)的合力

      在體積較小的大腦樣本中取得的成功，并不一定能被復制到大型腦組織里。這是因為樣本的體積越大，就越難對深埋其中的特定部分進行成像。如果單純?yōu)榱?/span>“點亮”而增強光源，還會破壞用于做標記的熒光蛋白?？梢哉f，這是一個兩難。此外，大型腦組織在膨脹擴大之后，如何對整個結(jié)構(gòu)進行快速的掃描成像，也就成了一個難題?！拔覀冃枰軌蚩焖俪上?，不會帶來太多光褪色（photobleaching）效應的顯微鏡”，本研究的共同**作者Ruixuan Gao博士說道。而他們知道，HHMI的Eric Betzig教授課題組中，就有這么一臺上等的顯微鏡。Betzig教授的顯微鏡叫做“晶格層光顯微鏡”（lattice light-sheet microscope）。它每次只會照亮超級薄的一層樣本，將對樣本的損害降到了*低。此外，它也能快速對樣本進行成像，這正是研究人員們所需要的技術(shù)。

Ruixuan Gao博士與另一名共同一作Shoh Asano博士帶去了一些經(jīng)過膨脹擴大的小鼠大腦組織，在晶格層光顯微鏡下進行觀察。通過結(jié)合“擴大顯微技術(shù)”和“晶格層光顯微技術(shù)”，他們看到了神經(jīng)元上的許多樹突棘結(jié)構(gòu)。這種微小的結(jié)構(gòu)看起來就像是蘑菇，有著龐大的頭部，以及細長的根部。過去，樹突棘的成像一直是一個挑戰(zhàn)。然而在兩種顯微技術(shù)的合力下，研究人員們連“*細小的根部”都可以看到。

暢游果蠅的大腦

      在驚人的圖像質(zhì)量面前，兩支科研團隊迅速達成合作。在兩年多的時間里，Ruixuan Gao博士與Shoh Asano博士，以及其他生物學家，顯微鏡專家，以及計算機專家一道，拍攝了大量的圖片，并對其進行分析。這些研究帶來的*大亮點之一，就是對完整果蠅大腦的成像分析。從每個果蠅大腦中，科學家們都獲得了大約50000個立體圖像。隨后，計算機就像是做三維拼圖一般，把這些立體圖像拼成一個完整的果蠅大腦。研究人員們說，他們研究了超過1500個樹突棘，觀察了保護神經(jīng)細胞的髓鞘，標出了所有的多巴胺能神經(jīng)元，并數(shù)清了整個果蠅大腦中存在的突觸。這一研究為神經(jīng)科學帶來了極為重要的研究工具。它讓我們可以理解不同的神經(jīng)環(huán)路如何組成，性別對大腦有怎樣的影響等。對研究神經(jīng)科學的生物學家來說，這可能是*好的時代。