完整猕猴脑连续亚微米分辨的三维成像

对大脑复杂的神经网络进行结构解析是揭示大脑奥秘的基础。非人灵长类是最接近于人类的模式动物，在神经和精神类疾病及高级认知功能的研究中具有不可替代的作用。在解析非人灵长类大脑网络结构的研究中，磁共振成像能够在宏观水平对猕猴全脑进行三维空间的连续成像，然而其分辨率局限在数十微米，无法对单神经元进行观测。传统的组织学方法则依赖于手工操作，先将猕猴脑切片，再做染色处理和成像，最后拼接不同脑片的数据，不仅耗时费力，样本损失及形变使得不同脑片图像难以配准，往往具有精细结构的轴突配准更是只能依靠人工判断且无可靠验证手段，难以在全脑范围内进行单神经元分辨的连续分析。

近年来发展出一系列全脑介观分辨率的成像技术，实现了对小鼠等模式动物脑精细结构的信息解析。然而，猕猴脑体积至少是小鼠脑的200倍，所导致的大样本处理、成像速度、大数据处理等技术挑战，使得小鼠全脑成像策略无法用于猕猴全脑。

华中科技大学武汉光电国家研究中心骆清铭院士团队近期在Science Bulletin以长文形式发表了文章“Continuous subcellular resolution three-dimensional imaging on intact macaque brain”。基于自主建立的fMOST思路，发展了一种针对猕猴全脑介观精细结构测绘的新技术，解决了猕猴全脑的样本处理、轴突分辨的自动化成像及PB量级数据处理中的技术难题，以0.65 μm×0.65 μm×3 μm的体素分辨率实现了猕猴全脑三维连续数据的自动化获取。

该技术包括新研发的高精度、大尺度振动切片装置和猕猴全脑水凝胶包埋方法，能以12 微米的薄片厚度切除猕猴脑的整张冠状面，并使切削表面的粗糙度控制在微米水平；研发了大视场的线照明调制光学层析成像系统，能够快速对样本表面10微米以下的组织进行高清晰度的图像采集，通过切削-成像的循环实现猕猴全脑的三维连续数据获取；在猕猴全脑PB量级数据中实现了对神经纤维信号的连续追踪重建。使用该技术，课题组获取了猕猴全脑的单细胞分辨三维细胞构筑数据集，并以单轴突水平展示了具有三维空间定位信息的额叶皮层神经元的长程投射，表明该方法能够自动化获取猕猴全脑高分辨率的三维结构信息，将为标准化、规模化获取猕猴等非人灵长类全脑神经联接图谱数据提供有力工具。

华中科技大学周灿博士生、杨孝全教授和中国科学院昆明动物研究所吴诗昊博士为并列第一作者，华中科技大学龚辉教授、李向宁教授与中国科学院昆明动物研究所胡新天教授为并列通讯作者，骆清铭院士、李安安教授、袁菁教授及博士生钟秋园、罗婷、刘广才等为共同作者。

该研究受到国家重点基础研究发展计划（2015CB755602）、国家自然科学基金（61721092, 61890953, 31871088和81871082）等项目资助。

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