新技术捕捉了前所未有的活跃大脑视图

动物和人类的复杂认知和行为取决于通过深度互联的脑细胞网络流动的信息。对于科学家来说，该网络的规模对更好地理解认知机制构成了主要障碍，因为现有的成像工具历来无法追踪神经元如何从皮层的远端同步放电。这种需求催生了“中观”的想法——一种具有足够精细的微观分辨率的成像技术，可以解析单个细胞，但宏观视野足够大，可以捕获大脑大片区域的神经元。

现在，《自然方法》上的一项新研究描述了一种介观技术，该技术可能使科学家能够以峰值分辨率，规模和速度探测大脑的宽度和深度。“使用介观器在3D中可视化单个神经元的快速活动的挑战在于通常需要高分辨率点扫描方法，为此扫描时间与成像体积的大小非常不利，”洛克菲勒大学的Alipasha Vaziri说。

这项技术被称为MesoLF，可以捕获10，500个神经元之间的关键相互作用，这些神经元同时在小鼠大脑中分布着一个体积 - 成像埋藏在以前无法进入的深度的细胞，同时从相距数毫米的大脑区域发射 - 具有前所未有的分辨率。

MesoLF是光场显微镜(LFM)的衍生产品，LFM是一种以提供快速，高分辨率成像而闻名的3D成像技术。然而，尽管LFM具有所有优势，但它在散射组织(如小鼠大脑)深处表现不佳，致密组织会散射光。

Vaziri之前通过他的团队开发的机器学习算法规避了其中一些限制，该算法估计活动神经元的位置，以更好地检测致密组织中的脑细胞活动。他的最新工作通过添加软件和硬件来扩展系统，使其能够窥视各种形状和刚度的组织，从而扩大了这一范围。至关重要的是，它还使处理数 TB 的原始数据所固有的计算成本尽可能低。

Vaziri说：“这是通过定制的光学设计来实现的，该设计可在介观体积上保持高光学成像分辨率，并结合一系列算法创新，相应地扩展我们的模块化计算管道的容量和能力。

鉴于光学硬件的成本相对较低，Vaziri希望将他的MesoLF技术广泛提供给研究大脑内部运作的科学家。他的设计现在可以在开源许可下获得。