同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，該方法包括：切片模塊對樣本進行加工，生成平整的斷面；加工液中的染料分子從斷面處向樣本深處滲透，使樣本的淺層部分被染色；成像模塊對樣本淺層待成像部分進行雙色成像；將樣本抬升一定高度，切除已成像部分，暴露新的待成像表面；如此反復，直至完成整個樣本的信息獲??；所獲得的信息經計算機處理后可逐層依序構建成一套雙通道三維數(shù)據(jù)集，一個通道為神經信息，另一通道為該樣本自身的細胞構筑信息，雙通道數(shù)據(jù)準確配準。該方法通過在樣本加工過程對已標記了神經信息的樣本淺層部分進行實時細胞構筑染色并進行雙色成像，實現(xiàn)了同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑。
【專利說明】
同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及腦信息的獲取，具體地指一種同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法。
【背景技術】
[0002]大腦是自然界最復雜的系統(tǒng)之一，支配著人類的一切活動。探索大腦、認識人本身、應對重大腦疾病的挑戰(zhàn)，一直是人類最重要的研究目標之一。人腦中有約111個分子類型特異的神經元，它們通過約114個神經元間的連接點(即突觸)彼此相互交織形成大量神經信息傳遞、處理和整合的立體神經環(huán)路。腦的結構是腦高級功能的實現(xiàn)基礎。實現(xiàn)特定腦功能，需要局部和跨越多個腦區(qū)的長程神經結構協(xié)同作用。因此，解析特定神經結構的完整形態(tài)與功能是闡明各種尚級腦功能機理的如提和基礎。
[0003]現(xiàn)有技術已經能對嚙齒類動物在全腦范圍獲取神經結構的腦區(qū)連接關系，甚至軸突投射路徑等進行精確解析，以獲得豐富的連接信息。然而，這些技術均只能對標記的神經結構與功能信息進行成像，無法提供這些信息所在腦區(qū)的準確定位。通常是通過將這些成像結果對應到已有二維標準腦圖譜(如《Allen reference atlas》)上，找到相似位置，作為確定腦區(qū)方位的依據(jù)。由于個體間的差異性，這種定位方式存在很大的誤差，無法提供精確到細胞的定位精度。
[0004]理想的方案是在同一個腦中同時獲取神經信息與細胞構筑信息以便為神經信息提供其自身的腦區(qū)信息索引。細胞構筑染色的常用染料，受限于在組織中的滲透速度有限，往往僅用于百微米厚的腦片染色，難以實現(xiàn)全腦染色。目前CUBIC技術基于光透明原理去除腦組織脂質以增加染料的滲透速度，已實現(xiàn)了全腦細胞構筑的染色。但這種方案需要額外的樣本處理，長達7天的浸泡增加了實驗復雜性。表層腦組織相比于腦區(qū)深處的組織染色更強，導致全腦信號的均勻性受到影響。此外，光透明樣本目前只能使用光片照明顯微成像系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，受限于光片照明顯微成像系統(tǒng)的技術局限性，該方案無法展示出在同一個腦內細胞分辨率的全腦神經結構與細胞構筑的同時獲取。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明目的旨在提供一種同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，該方法通過在樣本加工過程對已標記了神經信息的樣本淺層部分進行實時細胞構筑染色并進行雙色成像，實現(xiàn)了同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術方案是一種同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，該方法包括:
[0007](I)切片模塊對樣本進行加工，生成平整的斷面；
[0008](2)加工液中的染料分子從斷面處向樣本深處滲透，使樣本的淺層部分被染色；
[0009](3)成像模塊對樣本淺層待成像部分進行雙色成像；
[0010](4)將樣本抬升一定高度，切除已成像部分，暴露新的待成像表面；
[0011](5)重復步驟(2)到步驟(4)，如此反復，直至完成整個樣本的神經信息及共定位細胞構筑信息獲取；
[0012]所獲得的信息經計算機處理后逐層依序構建成一套雙通道三維數(shù)據(jù)集，一個通道為神經信息，另一通道為該樣本自身的細胞構筑信息，雙通道數(shù)據(jù)準確配準以實現(xiàn)共定位。
[0013]所獲得的信息經計算機處理后可逐層依序構建成一套雙通道三維數(shù)據(jù)集，一個通道為神經信息，另一通道為該樣本自身的細胞構筑信息，雙通道數(shù)據(jù)準確配準。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點在于:提供了一種能夠在同一個腦中同時獲取神經結構與細胞構筑信息的新方法，為全腦范圍的神經結構提供自身細胞構筑的定位信息，能夠實現(xiàn)對全腦范圍的神經結構準確進行解剖定位。所采用的邊成像邊染色的方法，避免了以往全腦細胞構筑染色制備復雜、染色不均等局限性，能夠在全腦范圍獲得均勻的染色效果。由于是基于自身的細胞構筑信息進行解剖定位，避免了因與參考圖譜的個體差異性而存在定位誤差。成像分辨率達到細胞分辨水平，使得對神經信息的定位精度可以得到單細胞水平。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法流程圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的初始樣本斷面加工示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的樣本斷面實時細胞構筑染色示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的樣本斷面成像示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明的樣本斷面加工示意圖。
[0020]圖6為所獲取的單張切片的神經信息成像結果圖。
[0021]圖7為圖6所展示的相同位置的細胞構筑成像結果。
[0022]圖8為圖6中方框a與圖7中方框b所展示數(shù)據(jù)的融合放大圖。
[0023]圖9為圖8中方框c所展示數(shù)據(jù)的神經信息成像結果放大圖。
[0024]圖10為圖8中方框c所展示數(shù)據(jù)的細胞構筑成像結果放大圖。
[0025]圖11為圖8中方框c所展示數(shù)據(jù)的放大圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑包括以下具體步驟:
[0028]步驟S1:初始樣本斷面加工。
[0029]如圖2所示，將含有被標記的神經結構I的樣本2固定在水槽3中，水槽3中充滿了含有染料的加工液4。加工液4將樣本2完全淹沒，刀具5對樣本2進行加工，直至暴露樣本2的初始待成像面，生成平整的樣本斷面。
[0030]步驟S2:樣本斷面實時細胞構筑染色。
[0031]如圖3所示，產生平整的樣本斷面后，加工液4從樣本斷面向樣本內部滲透。經過一定時間的滲透后，樣本的淺層部分6被染色。
[0032]步驟S3:對斷面進行雙色成像
[0033]如圖4所示，對樣本已被染色的淺層部分6進行雙色成像，分別探測神經信息與細胞構筑信息，分辨率達到細胞分辨水平。
[0034]步驟S4:將樣本抬高足夠高度，使刀具5能夠將已成像的淺層部分6去除，如圖5所不O
[0035]步驟S5:判斷是否需要繼續(xù)獲取。若繼續(xù)獲取則重復步驟S2至S4，直至完成樣本的神經結構與細胞構筑信息獲取;若已完成樣本的神經結構與細胞構筑信息獲取，則執(zhí)行步驟S6。
[0036]S6:停止執(zhí)行采集。
[0037]S7:根據(jù)獲取信息重建雙通道三維數(shù)據(jù)集。
[0038]通過本實施例方法，步驟S3獲取的單張切片的神經信息成像結果如圖6所示，圖6所示相同位置的細胞構筑成像結果如圖7所示，圖6中方框a與圖7方框b所展示數(shù)據(jù)的融合放大圖如圖8所示，圖8中方框c所展示數(shù)據(jù)的神經信息成像結果放大圖如圖9所示，圖8中方框c所展示數(shù)據(jù)的細胞構筑成像結果放大圖如圖10所示，圖8中方框c所展示數(shù)據(jù)的放大圖如圖11所示，同一個神經元的熒光標記信號與細胞構筑染色信號重合，顯示了本發(fā)明方法的定位精度。
【主權項】
1.一種同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，其特征在于，包括: (1)切片模塊對樣本進行加工，生成平整的斷面； (2)加工液中的染料分子從斷面處向樣本深處滲透，使樣本的淺層部分被染色； (3)成像模塊對樣本淺層待成像部分進行雙色成像； (4)將樣本抬升一定高度，切除已成像部分，暴露新的待成像表面； (5)重復步驟(2)到步驟(4)，如此反復，直至完成整個樣本的神經信息及共定位細胞構筑ig息獲?。?所獲得的信息經計算機處理后逐層依序構建成一套雙通道三維數(shù)據(jù)集，一個通道為神經信息，另一通道為該樣本自身的細胞構筑信息，雙通道數(shù)據(jù)準確配準以實現(xiàn)共定位。2.根據(jù)權利要求1所述同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，其特征在于:所述切片模塊為石蠟切片機、樹脂切片機或振動切片機，或其他產生平整斷面的切削裝置。3.根據(jù)權利要求1所述同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，其特征在于:所述成像模塊為寬場顯微鏡、雙光子顯微鏡、共聚焦顯微鏡、結構光照明顯微鏡，或其他可獲取斷面信息的成像裝置。4.根據(jù)權利要求1所述同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，其特征在于:所述步驟(3)中的雙色成像分別探測神經結構信息與細胞構筑染色信息，后期進行雙通道數(shù)據(jù)配準實現(xiàn)神經信息與細胞構筑的共定位，達到單細胞定位精度。5.根據(jù)權利要求1?4任一項所述同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，其特征在于:所述樣本已標記神經信息。6.根據(jù)權利要求5所述同時獲取全腦神經信息及共定位細胞構筑的方法，其特征在于:所述樣本神經信息的標記和細胞構筑的染料具有不同屬性，在雙色成像中加以區(qū)分。
【文檔編號】G01N1/30GK105928941SQ201610227721
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】駱清銘, 龔輝, 袁菁, 李向寧
【申請人】華中科技大學