團隊對照阿爾茨海默病患者大腦樣本的眶額皮質。圖片來源：麻省理工學院

幾十年來，觀察人類大腦內部一直是神經科學家難以企及的夢想。但在最新一期《科學》雜志發表的一項研究中，美國麻省理工學院科研團隊描述了一種創新技術平臺，其能以前所未有的亞細胞（比細胞結構更細化的結構）分辨率，對兩個捐贈者（一個患有阿爾茨海默病，另一個沒有）的大腦半球，實現了完整三維細胞成像。

這個新平臺能在多尺度上同時捕獲大規模人腦組織中的蛋白質表達、細胞形態、神經投射和突觸分布。不但確保了對細胞結構的保存，還能以高分辨率和高速度，對大型人腦組織樣本展開精細處理、豐富標記和清晰成像。

作為美國“腦計劃”細胞普查網絡的一部分，該平臺集成了三個核心要素對腦組織切片、處理和成像。首先，用一種名為MEGAtome的振動式切片機，可在不損失細胞連接的情況下實現超精密組織切片；其次，用一種名為mELAST的組織凝膠技術，能將組織樣本轉化為彈性和可逆膨脹的水凝膠，從而促進高通量多尺度成像；最后，通過UNSLICE計算管道可重建前兩者處理的三維軸突網絡連接。

該平臺現已能對人類大腦半球進行完整成像，分辨率甚至精細到單個突觸。它使科學家能夠使用同一個大腦對問題進行綜合探索，而不必觀察不同大腦中的不同現象后再構建綜合圖像。另外，其對腦半球進行成像只需100小時，速度遠遠超過以往的幾個月，這意味著科學家可短時間創建更多樣本。

值得一提的是，該技術不僅適用于大腦，還適用于身體其他組織，這將極大促進科學家對人體器官功能和疾病機制的理解。

總編輯圈點

腦細胞的解剖學和分子結構細節，對于了解人腦功能以及腦損傷至關重要。然而，目前的神經成像技術，如功能性磁共振，缺乏捕捉這些細節所需的分辨率。該研究目前尚未呈現出全部大腦的圖譜，但它提供了一個前所未有的技術“三件套”，在不久的將來，就能為人們展示整個大腦區域內神經元的全景圖、每個細胞的獨有特性、多樣化的“細胞森林”以及位于細胞外分子之間的亞細胞結構簇。這將是腦科學研究的盛宴。