磁共振成像新技术“看清”大脑神经活动

磁共振成像新技术“看清”大脑神经活动韩国研究团队开发出一种新方法，可使用磁共振成像（MRI）在毫秒级时间尺度上，非侵入性地跟踪大脑信号的传播。这项发表于《科学》杂志的最新研究有望给了解大脑带来革命性突破。依赖血氧水平的功能磁共振成像（fMRI）用于获取活人的大脑图像。这项技术并不是直接观察神经元活动，而是通过一项指标追踪大脑中血流的变化，即血氧水平依赖效应。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329037.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329037.htm

核磁共振成像显示偏头痛患者大脑中从未见过的空间

核磁共振成像显示偏头痛患者大脑中从未见过的空间脑部成像显示了偏头痛患者大脑中的明显特征，这里描述的是脑部微出血（左）和血管周围空间扩大（右）。该研究的中心是所谓的血管周围空间，这是血管周围的空隙，有助于清除大脑中的液体。这些空间的扩大以前与小血管疾病有关，而像炎症和血脑屏障的异常会影响其形状和大小。这项新研究的作者试图探索血管周围空间扩大与偏头痛之间的关系。为此，研究小组招募了5名健康对照组、10名慢性偏头痛患者和10名无先兆的发作性偏头痛患者，即没有刺痛和视觉干扰的偏头痛。然后用一种叫做7TMRI的先进成像技术来比较他们大脑中的微小差异。"据我们所知，这是首次使用超高分辨率磁共振成像研究偏头痛导致的大脑微血管变化，特别是在血管周围空间，"该研究的共同作者、来自洛杉矶南加州大学的威尔逊·徐说。"因为7T磁共振成像能够以比其他磁共振成像类型更高的分辨率和更好的质量创建大脑图像，它可以用来展示偏头痛后脑组织发生的更小的变化。"在这些变化中，偏头痛患者的大脑微出血，以及大脑半卵圆中心区域的血管周围空间扩大。徐说："在慢性偏头痛和无先兆的阵发性偏头痛患者中，一个被称为半卵圆中心的大脑区域的血管周围空间有明显的变化。这些变化以前从未被报道过"。从这里开始，科学家们仍然有很多问题需要回答。其中一个问题是，这些变化是作为偏头痛的结果而发生的，还是病情促使其发展。研究小组假设，血管周围空间的差异可能表明吞噬系统受到了破坏，吞噬系统与血管周围空间一起工作，清除大脑中的废物。研究人员希望通过对更多不同的队列进行更大规模的研究，在更长的时间框架内解决这些谜题。徐说："我们的研究结果可以帮助激发未来更大规模的研究，继续调查大脑的微观血管和血液供应的变化如何导致不同的偏头痛类型。最终，这可以帮助我们开发新的、个性化的方法来诊断和治疗偏头痛。"科学家们将在下周举行的北美放射学会年会上介绍他们的工作。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333659.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333659.htm

PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺革新细胞成像技术

PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺革新细胞成像技术PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺可以在现实条件下测试最新超分辨率显微镜方法在亚10纳米范围内对生物分子的光学分辨率。图片来源：GertiBeliu，DALL-E3/维尔茨堡大学由德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）鲁道夫-维尔乔中心（RudolfVirchowCentre-CenterforIntegrativeandTranslationalBioimaging）的GertiBeliu博士和MarkusSauer教授领导的科学家团队现在提供了一个转折点。他们在《先进材料》杂志上发表了新型生物兼容分子尺PicoRulers（基于蛋白质的成像校准光学尺）。研究小组利用基因代码扩展和点击化学，成功构建了这些定制的分子尺。它们可在荧光显微镜中用作精确的生物分子参考结构。PicoRulers基于由三部分组成的蛋白质PCNA（增殖细胞核抗原），它在DNA复制和修复中发挥着核心作用。通过在精确定位的位置上引入非天然氨基酸，这种蛋白质已被改性，使荧光染料或其他分子能够以最小的连接误差特异性地点击到它上面。这样，研究人员就能在精确定义的细胞生物分子上以前所未有的精度测试最新超分辨率显微镜方法的分辨率。MarkusSauer热情洋溢地表示："能够在亚10纳米水平上解析真实的生物结构，标志着生物成像技术进入了一个新时代。与以前使用的人造大分子相比，我们的PicoRuler不仅具有生物兼容性的特点。它们还能在现实条件下实现无与伦比的测试分辨率精度。""这项技术的应用范围远远超出了传统显微镜的界限。"GertiBeliu解释说："我们的PicoRulers不仅是更精确测量的工具，还为更深入、更详细地研究细胞内发生的复杂过程打开了大门。"从长远来看，PicoRulers的进一步发展可能会改变具有分子分辨率的生物和医学成像。PicoRuler首次实现了在生物样本上验证和提高新的超分辨率显微镜方法的分辨率潜力。这使它们成为未来阐明细胞中生物分子的分子组织和相互作用的宝贵工具。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401693.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401693.htm

开创性的单像素技术实现活细胞三维成像

开创性的单像素技术实现活细胞三维成像科学家们开发出一种基于三维光场照明的突破性三维单像素成像（3D-SPI）技术。这种方法能够对显微物体进行高分辨率成像。三维单像素成像方法有可能彻底改变各种生物吸收对比、细胞形态和生长的可视化，为生物医学研究和光学传感带来新的机遇。(显微成像艺术家概念图）。他们通过对单个藻类细胞进行活体成像，进一步证明了该方法对无标记光学吸收对比的三维可视化能力。这项题为"通过三维光场照明进行光学单像素体积成像"的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。3D-SPI技术示意图。图片来源：刘一帆摄单像素成像的优势单像素成像（SPI）已成为一种极具吸引力的三维成像方式。通过单像素探测器而不是传统的阵列传感器，SPI在光谱范围、检测效率和时间响应方面的性能都超过了传统的传感器。此外，单细胞照相机在微弱强度、单光子水平和精确定时分辨率方面都优于传统成像方法。挑战与突破3D-SPI技术通常依赖飞行时间（TOF）或立体视觉来提取深度信息。然而，现有技术最多只能达到毫米级，无法对细胞等微观物体进行成像。为了突破分辨率的限制，研究人员制作了一个3D-LFI-SPM原型。结果，原型机的成像体积达到约390×390×3,800μm3，分辨率横向高达2.7μm，轴向高达37μm。他们对活的血球藻细胞进行了无标记三维成像，并成功地在原位对活细胞进行了计数。潜在应用可以预见，这种方法可用于观察生物样本的各种吸收对比度。有了深度分辨成像能力，科学家们将来就有可能在原位监测细胞形态和生长情况。这项研究为生物医学研究和光学传感领域应用高性能三维SPI打开了大门。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380193.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380193.htm

科学家以前所未有的"实时"视角揭示大脑的复杂性

科学家以前所未有的"实时"视角揭示大脑的复杂性要掌握这种复杂程度的信息极具挑战性，因此我们必须采用先进的技术，在微观层面上解码大脑内部发生的微小而复杂的相互作用。因此，成像技术成为神经科学领域的关键工具。约翰-丹泽尔（JohannDanzl）在国际科学与技术协会（ISTA）的研究小组开发的新型成像和虚拟重建技术是大脑活动成像技术的一大飞跃，并被恰当地命名为LIONESS-即实时信息优化纳米镜成像技术（LiveInformationOptimizedNanoscopyEnablingSaturatedSegmentation）。LIONESS是一个用于成像、重建和分析活体脑组织的管道，其全面性和空间分辨率是迄今为止无法实现的。a:复杂的神经元环境b:LIONESS可以对样本进行成像和重建，从而阐明活体脑组织中的许多动态结构和功能。资料来源：JohannDanzl"有了LIONESS，我们第一次有可能对活脑组织进行全面、密集的重建。通过对组织进行多次成像，LIONESS让我们能够观察和测量大脑中的动态细胞生物学过程，"第一作者PhilippVelicky说。"输出结果是细胞排列的三维重建图像，时间是第四维，因为样本可以在几分钟、几小时或几天内成像。"LIONESS的优势在于精良的光学技术和构成其核心的两级深度学习（一种人工智能方法）：第一级提高图像质量，第二级识别密集神经元环境中的不同细胞结构。该管道是丹泽尔小组、比克尔小组、乔纳斯小组、诺瓦里诺小组、ISTA科学服务单位以及其他国际合作者的合作成果。"ISTA的约翰-丹兹尔（JohannDanzl）说："我们的方法是组建一个充满活力的科学家小组，他们拥有独特的跨学科综合专长，共同致力于填补脑组织分析领域的技术空白。重建活体脑组织的管道。通过优化的激光聚焦采集显微镜图像--图像处理（DL）--分割（DL）--三维视觉分析。图片来源：JohannDanzl跨越障碍以前可以通过电子显微镜重建脑组织。这种方法根据样本与电子的相互作用对样本进行成像。尽管电子显微镜能捕捉几纳米（百万分之一毫米）分辨率的图像，但它要求样本固定在一种生物状态，需要对样本进行物理切片才能获得三维信息。因此，无法获得动态信息。另一种以前已知的技术是光学显微镜，它可以通过"光学"而不是物理切片来观察活体系统和记录完整的组织体积。然而，由于光波产生图像的特性，光显微镜的分辨率受到严重影响。其最佳分辨率为几百纳米，过于粗糙，无法捕捉脑组织中重要的细胞细节。利用超分辨率光学显微镜，科学家们可以打破这一分辨率障碍。这一领域的最新研究成果被称为"超分辨率阴影成像"（SUSHI，Super-resolutionShadowImaging），它表明，在细胞周围的空间中涂抹染料分子，并应用获得诺贝尔奖的超分辨率技术STED（受激辐射损耗）显微镜，就能显示出所有细胞结构的超分辨率"阴影"，从而将它们在组织中可视化。LIONESS可以对样本进行成像和重建，从而阐明活体脑组织中的许多动态结构和功能。资料来源：朱莉娅-柳奇克（JuliaLyudchikISTA）尽管如此，要想通过提高分辨率来对整个体积的脑组织进行成像，从而与脑组织复杂的三维结构相匹配，这一直是不可能的。这是因为在提高分辨率的同时，还需要对样本进行高负荷的成像光照，这可能会损坏或"损坏"微妙的活体组织。这就是LIONESS的优势所在，根据作者的说法，LIONESS是在"快速、温和"的成像条件下开发的，因此能保持样本的活力。该技术在提供各向同性超分辨率的同时--即在所有三个空间维度上都同样出色--还能以三维纳米级分辨率的细节观察组织的细胞成分。在成像步骤中，LIONESS从样本中收集的信息越少越好。随后进行第一个深度学习步骤，在称为"图像复原"的过程中填充有关脑组织结构的额外信息。通过这种创新方式，它可以实现约130纳米的分辨率，同时又足够温和，可以对活脑组织进行实时成像。这些步骤共同实现了深度学习的第二步，这一次是让极其复杂的成像数据变得有意义，并以自动化的方式识别神经元结构。ISTA科学家约翰-丹兹尔（JohannDanzl）在奥地利科技研究所的实验室中。图片来源：NadinePoncioniISTA定位Danzl说："跨学科的方法使我们能够打破解析力和活体系统光照的相互交织限制，使复杂的三维数据变得有意义，并将组织的细胞结构与分子和功能测量结合起来。"在虚拟重建方面，Danzl和Velicky与视觉计算专家合作：ISTA的Bickel小组和哈佛大学HanspeterPfister领导的小组，他们在自动分割（自动识别组织中的细胞结构的过程）和可视化方面贡献了自己的专业知识，ISTA的图像分析科学家ChristophSommer也提供了进一步的支持。在复杂的标记策略方面，来自爱丁堡、柏林和国际科学与技术机构的神经科学家和化学家也做出了贡献。因此，在同一活体神经元回路中进行功能测量（即读出细胞结构和生物信号活动）成为可能。这项工作是通过与ISTA的Jonas小组合作，对进入细胞的钙离子通量进行成像并测量细胞电活动来完成的。小组提供了人脑有机体，这种有机体通常被昵称为迷你大脑，可以模拟人脑的发育过程。作者强调，所有这一切都得益于ISTA顶尖科学服务部门的专业支持。大脑的结构和活动是高度动态的；其结构随着大脑执行和学习新任务而不断演变。大脑的这一特性通常被称为"可塑性"。因此，观察大脑组织结构的变化对于揭开其可塑性背后的秘密至关重要。国际科学与技术协会开发的新工具通过揭示亚细胞结构并捕捉这些结构如何随时间发生变化，显示出了解脑组织以及其他潜在器官功能结构的潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382361.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382361.htm

新型Long-COVID成像研究检测到特定大脑网络结构变化

新型Long-COVID成像研究检测到特定大脑网络结构变化"据我们所知，这是第一项将Long-COVID患者与无COVID-19病史的群体和经历过COVID-19感染但主观上未受损害的群体进行比较的研究，"该研究的第一作者、德国弗莱堡大学医院的亚历山大-劳（AlexanderRau）解释说。这项研究利用了一种相对较新的大脑成像技术--扩散微结构成像（DMI）。该技术跟踪水分子在脑组织中的运动，从而提供大脑微结构的高分辨率图像。研究人员大致观察了脑部病变或异常，发现COVID患者与未感染者之间没有明显差异。然而，放大大脑微观结构的差异后发现，COVID患者群中的微观结构发生了显著变化。劳说："在这里，我们注意到，Long-COVID患者和感染COVID-19后未受损的患者的灰质都发生了改变，有趣的是，我们不仅注意到Long-COVID患者的微观结构发生了广泛改变，而且还注意到感染COVID-19后未受损的患者的微观结构也发生了广泛改变。"那么，是什么把Long-COVID患者与完全康复的COVID患者区分开来的呢？研究人员发现，三种Long-COVID症状（疲劳、嗅觉丧失、认知障碍）可能与大脑微观结构变化的特定模式有关。因此，Long-COVID患者与康复患者的区别似乎在于疾病如何特别重塑了大脑。Rau指出："COVID后症状的表现与受影响的特定大脑网络有关，这表明该综合征具有病理生理学基础。"虽然研究结果肯定了Long-COVID的真正病理基础，但也提出了一些问题，研究人员希望在未来加以研究。例如，随着时间的推移，这些微结构改变是否会随着Long-COVID患者症状的改变而改善？是否有什么因素导致COVID患者的大脑发生变化，从而成为Long-COVID的特征？这项新研究将在本周举行的2023年北美放射学会年会上发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399925.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399925.htm