创新的纳米片方法彻底改变了多尺度和长期研究的大脑成像

人脑有数十亿个神经元。它们共同作用，实现更高阶的大脑功能，例如认知和复杂行为。为了研究这些高阶大脑功能，了解不同大脑区域的神经活动如何协调非常重要。

尽管功能磁共振成像(fMRI)等技术能够深入了解大脑活动，但它们只能显示给定时间和区域的有限信息。使用颅窗的双光子显微镜是产生高分辨率图像的强大工具，但传统的颅窗很小，因此很难同时研究远处的大脑区域。

现在，由生命和生命系统探索研究中心(ExCELLS)和国家生理科学研究所(NIPS)领导的研究小组推出了一种体内脑成像的新方法，使得大规模和长期的观察成为可能清醒小鼠的神经元结构和活动。

这种方法被称为“纳米片融入光固化树脂”(NIRE)方法，它使用覆盖有光固化树脂的含氟聚合物纳米片来制造更大的颅窗。

“NIRE 方法优于以前的方法，因为它利用生物相容性纳米片和从液体到固体形态变化的透明光固化树脂，产生了比以前更大的颅窗，从顶叶皮层延伸到小脑，”说主要作者来自东京理科大学和 ExCELLS 的 Taiga Takahashi。

在 NIRE 方法中，使用光固化树脂将聚环氧乙烷涂层的 CYTOP(PEO-CYTOP)(一种生物惰性的透明纳米片)固定到大脑表面。这创造了一个紧密贴合大脑表面，甚至小脑高度弯曲表面的“窗口”，并在机械应力很小的情况下长时间保持其透明度，使研究人员能够观察活体小鼠的多个大脑区域。

“此外，我们还表明，与我们以前的方法相比，PEO-CYTOP 纳米片和光固化树脂的结合能够在更长的时间内创建更坚固、透明度更高的颅窗。因此，几乎没有运动伪影，也就是说，由醒着的老鼠的运动引起的图像扭曲，”高桥说。

颅窗可以进行亚微米分辨率的高分辨率成像，使其适合观察精细神经结构的形态和活动。

“重要的是，NIRE 方法能够在超过 6 个月的较长时间内进行成像，同时对透明度的影响最小。这应该使得在各个层面(从网络层面到细胞层面)对神经可塑性进行长期研究成为可能。 ExCELLS 和 NIPS 的通讯作者 Tomomi Nemoto 解释道。

这项研究是神经影像领域的一项重大成就，因为这种新颖的方法为研究人员研究以前难以或不可能观察的神经过程提供了强大的工具。具体来说，NIRE 方法能够创建具有长时间透明度和更少运动伪影的大颅窗，应该可以实现大规模、长期和多尺度的体内脑成像。

“该方法有望揭开与生长和发育、学习和神经系统疾病相关的神经过程之谜。潜在的应用包括研究神经群体编码、神经回路重塑和依赖于广泛协调活动的高阶大脑功能。分布式区域，”根本说。

总之，NIRE 方法提供了一个平台，用于研究清醒和从事各种行为的动物在长时间内不同水平的神经可塑性变化，这为增强我们对大脑复杂性和功能的理解提供了新的机会。

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