Hjerneavbildning av mus når rekordoppløsning

Et forskerteam dro opp kl Duke senter for in vivo mikroskopi har laget de høyeste oppløselige MR-bildene som noen gang er oppnådd av musehjernen. Nøkkelen til dette gjennombruddet, som teamet beskriver som "kulminasjonen av nesten 40 år med forskning", ligger i sammenslåingen av magnetisk resonanshistologi med lysarkmikroskopi.

Bildeteknikken, beskrevet i Proceedings of National Academy of Sciences, kan bidra til å forbedre vår forståelse av endringer i hjernen som oppstår fra aldring eller lidelser som Alzheimers sykdom.

For å lage de rekordstore bildene, utførte Duke-forskerne – i samarbeid med kolleger ved University of Tennessee Health Science Center, University of Pennsylvania, University of Pittsburgh og Indiana University – først 3D MR-histologi av musehjernen i hodeskallen. De brukte en kraftig 9.4 T MR-skanner med spoler som oppnår gradienter mer enn 100 ganger høyere enn et klinisk MR-system.

Forskerne avbildet hjernen ved hjelp av gradientekko og diffusjonstensoravbildning (DTI) ved 15 µm isotropisk oppløsning – som de påpeker er omtrent 1000 ganger høyere enn de fleste prekliniske DTI/MRI-systemer. MR-dataene med høy oppløsning gjorde det mulig å lage de mest detaljerte MR-tilkoblingskartene som noen gang er oppnådd. De genererte connectomes (et kart over de nevrale forbindelsene i hjernen) fra sportetthetsbilder med en superoppløsning på rundt 5 µm.

Etter MR-skanningen avbildet forskerne hjernen ved hjelp av lysarkmikroskopi, en ny teknologi som kan produsere 3D-bilder av hele hjernen med cellulær oppløsning. Teknikken tillot dem å merke spesifikke grupper av celler på tvers av hjernen, som for eksempel dopamin-avgivende celler, for å visualisere utviklingen av Parkinsons sykdom.

En viktig muliggjører her var muligheten til å utføre nøyaktig bilderegistrering. Teamet brukte høyytelses databehandlingsrørledninger for å slå sammen DTI med lysarkmikroskopi av samme prøve, og ga et omfattende bilde av celler og kretser. Dette resulterte i et såkalt høydimensjonalt integrert volum med registrering (HiDiver) med en justeringspresisjon bedre enn 50 µm.

Forskerne utførte fire eksperimenter for å utvikle og validere HiDiver-teknikken deres. Først studerte de 90 dager gamle mus for å lage nye 3D HiDiver-referanseatlas med 24 ganger romlig oppløsning av et tidligere DTI-atlas. De brukte et andre sett med mus for å forbedre gjennomstrømningen og teste registreringsnøyaktigheten. Det tredje eksperimentet testet robustheten til HiDiver-registrering for variasjoner i musegenotype og alder.

Til slutt utførte de en studie med høy gjennomstrømning som undersøkte hvordan ulike regioner i hjernen og dyrestammer ble påvirket av aldring. Et sett med MR-bilder, for eksempel, viste hvordan hjerneomfattende tilkobling endres etter hvert som mus blir eldre, og hvordan spesifikke regioner, for eksempel det minneinvolverte subiculum, endres mer enn resten av hjernen. Et annet sett med bilder avslørte hjerneforbindelser som fremhever forringelsen av nevrale nettverk i en musemodell av Alzheimers sykdom.

Kartlegging av hjernens nevrale forbindelser kan forutsi bedring etter hjerneslag

Forskerne sier at ny innsikt fra museavbildning vil føre til en bedre forståelse av tilstander hos mennesker, for eksempel hvordan hjernen endres med alder, kosthold eller til og med med nevrodegenerative lidelser som Alzheimers eller Parkinsons sykdommer.

«Det er noe som virkelig gjør det mulig. Vi kan begynne å se på nevrodegenerative sykdommer på en helt annen måte, sier hovedforfatter G. Allan Johnson i en pressemelding.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/mouse-brain-imaging-reaches-record-breaking-resolution/