來(lái)自哈佛大學(xué)的研究人員報(bào)告稱，她們采用超高分辨率成像繪制出了神經(jīng)元突觸輸入?yún)^(qū)的圖譜。這一重要的研究成果發(fā)布在10月8日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。 論文的通訊作者是有名的華人女科學(xué)家莊小威（Xiaowei Zhuang）。莊小威早年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)少年班，34歲時(shí)成為了哈佛大學(xué)的化學(xué)和物理雙學(xué)科正教授，是哈佛物理系和化學(xué)系少有的雙科教授。2012 年莊教授當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，刷新了美國(guó)科學(xué)院*年輕華人院士的紀(jì)錄。她所研發(fā)的超高分辨率技術(shù)STORM與諾獎(jiǎng)得主Eric Betzig的成果不相伯仲，卻和2014年的諾貝爾化學(xué)擦肩而過(guò)。

從單個(gè)神經(jīng)元的突觸區(qū)域到整個(gè)大腦的布線圖，在多個(gè)尺度上繪制出突觸連接，對(duì)于了解神經(jīng)回路的功 能機(jī)制以及回路缺陷如何導(dǎo)致了精神疾病至關(guān)重要。繪制突觸連接圖的理想平臺(tái)應(yīng)該可以提供高分辨率的結(jié)構(gòu)信息，來(lái)可靠地識(shí)別突觸連接及準(zhǔn)確將突觸分配給神經(jīng) 元；能夠成像諸如神經(jīng)遞質(zhì)受體一類的，對(duì)確定突觸身份和特性很重要的特異分子；具有自動(dòng)圖像分割能力能夠有效地分析大容積重建成像來(lái)捕獲整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)或 回路。

當(dāng)前熒光顯微鏡和電子顯微鏡(EM)均被利用于神經(jīng)回路成像。EM能提供精致的空間分辨率和膜反差由此精確識(shí)別突觸，現(xiàn)代EM的高成像速度使得能夠 實(shí)現(xiàn)越來(lái)越大容積重建成像。然而由于高質(zhì)量EM成像需要嚴(yán)格的固定和樣品制備條件，標(biāo)記內(nèi)源性突觸蛋白來(lái)確定突觸的分子特性和功能特性對(duì)于大容積重建成像 仍然是一個(gè)艱難的任務(wù)。此外，EM自動(dòng)分割圖像仍然是個(gè)挑戰(zhàn)，成為了擴(kuò)大神經(jīng)回路分析的一個(gè)瓶頸。比較而言，熒光顯微鏡能夠兼容免疫組化和內(nèi)源性蛋白成 像，多種顏色的熒光信號(hào)可幫助簡(jiǎn)化自動(dòng)圖像分割任務(wù)實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分析。但熒光顯微鏡有限的衍射分辨率可導(dǎo)致識(shí)別和分配重建回路中的突觸時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

超分辨顯微鏡成像可以克服衍射限制，通過(guò)整合高成像分辨率來(lái)識(shí)別和分配突觸實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)特異性標(biāo)記確定突觸分子特性，及采用多顏色成像實(shí)現(xiàn)有效地?cái)?shù)據(jù)分析，來(lái)提高突觸重建神經(jīng)回路的能力。

在這里研究人員報(bào)告稱開(kāi)發(fā)出了一種超高分辨率容積重建平臺(tái)，用于大容積成像及利用分子特性信息自動(dòng)細(xì)分神經(jīng)元與突觸。她們利用這一平臺(tái)繪制出了給光 -撤光型(ON-OFF) 方向選擇性神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(direction-selective ganglion cell, DSGC)抑制突觸輸入?yún)^(qū)的圖譜，在小鼠視網(wǎng)膜中這些細(xì)胞對(duì)于計(jì)算視覺(jué)運(yùn)動(dòng)方向起重要作用。重建On-Off DSGCs顯示出一個(gè)GABA能受體亞型特異性輸入?yún)^(qū)負(fù)責(zé)生成了方向選擇性反應(yīng)。這些結(jié)果證實(shí)了這一超高分辨率平臺(tái)在探詢神經(jīng)回路方面具有的獨(dú)特能力。