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奈米級解析果蠅大腦影像

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科技產業資訊室 - 謝威翔 發表於 2018年8月3日

圖、奈米級解析果蠅大腦影像
 
果蠅(Drosophila melanogaster)雖小,但大腦的神經網路非常複雜,它們可以學習和記憶,也有精心設計的求偶和梳理行為。果蠅大腦約與罌粟種子大小相等,包含了大約10萬個神經元,而人類有1000億個。每個神經元分支成會觸及其他神經元,透過這些接觸點或突觸彼此交談,形成密集的通信電路網格。
 
美國霍華·休斯醫學研究所專門研究神經科學的珍利亞農場研究園區(Janelia Farm Research Campus, JFRC)的科學家,最近發表了用穿透式電子顯微鏡拍攝的成年雌性果蠅大腦照片的成果。研究團隊使用了兩台高速電子顯微鏡,樣本為7,062個腦切片,總共照了2100萬張圖片。這些驚人的數字代表史上第一個成年果蠅大腦的高解析度數位影像。這些影像讓研究人員可以瞭解任何一個神經元到大腦中其他神經元的路徑,本研究於2018年7月19日刊登在Cell期刊上。
 
科學家使用連續切片穿透式電子顯微鏡(serial section transmission electron microscopy)的成像技術來觀察這些神經元。他們先用重金屬注入果蠅的大腦,金屬會包覆細胞膜和突觸,標記出每個神經元的輪廓。 然後研究人員用電子束射擊大腦的切片,這些電子束無法穿過金屬部位,而其他部位則可穿透,如同X射線,由此產生的影像就可知道大腦神經元的形狀。
 
但要收集查看整個果蠅腦所需的數百萬張影像仍很困難,想像你用手機拍攝了2100萬張照片,可能需要幾十年來完成。於是他們開發兩個訂制系統以8微米的距離快速移動組織樣本,在用高速攝影機使他們能夠快速獲得鄰近區域的影像。他們能夠在不到7分鐘的時間內對整個腦切片進行成像,比以往的高通量穿透式電子顯微鏡相機陣列TEMCA1快5倍,同時他們也用機器人裝載機自動拾取並放置樣品。
 
這些資料可以讓神經科學家自由探索,現在有超過20個實驗室團隊正在資料集挖掘新發現,理解這種生物的大腦能協助科學家們更加了解人腦的運作。(700字;圖1)
 
 
參考資料:
Complete Fly Brain Imaged at Nanoscale Resolution. Howard Hughes Medical Institute,2018/7/19
A complete electron microscopy volume of the brain of adult Drosophila melanogaster. Cell,2018/7/19
 

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