华中科技大学Nature子刊发布重大突破

　　

生物通报道  来自华中科技大学、斯坦福大学的研究人员报告称，他们采用细胞结构标志在细胞水平上对全脑连接组（connectome）进行了高通量双色精确成像。这一研究成果发布在7月4日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

领导这一研究的是华中科技大学的骆清铭（Qingming Luo）教授，骆教授长期从事信息光电子学与生物医学交叉的学科（生物医学光子学）研究，关注重大疾病（如胰腺癌、阿尔茨海默氏病）早期诊断与药物研发的光学分子成像研究，以及认知神经活动基本过程的光电成像研究等。

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2010年，骆清铭率领华中科技大学的研究团队首次获得了亚微米体素分辨率的小鼠全脑高分辨图谱，成果发表于Science并入选中国科学十大进展，首次展示了鼠脑轴突的长距离追踪，为实现单神经元分辨水平的全脑三维可视化研究提供了重要研究手段（华中科大独家完成最新Science文章 ）。

2013年，骆清铭课题组解析了发育神经元网络，指出自组织临界性未来可以预测神经系统在发育早期过程中的趋势。相关成果公布在Scientific Reports杂志上（华中科技大学特聘教授Nature子刊解析神经发育 ）。

人脑是自然界中最复杂的系统之一（Cell特辑：大脑成像前沿技术 ）。据估计，一个成年人的大脑中约有10¹¹个神经元细胞，这些数量巨大的神经元细胞通过大约10¹⁵个突触相互连接，形成了一个高度复杂的脑结构网络。越来越多的证据表明，这个复杂而庞大的网络是大脑进行信息处理和认知表达的生理基础。近年来，一些神经科学家充分认识到构建人脑结构网络的重要性，并正式提出了人脑连接组的概念。人脑连接组力图从宏观（大脑脑区）到微观（单个神经元）的各个层次上，全面而精细地刻画人类从总体到个体水平的大脑结构网络图谱，并进一步挖掘该网络的连接规律。

在这篇新文章中，作者们指出精确地注释和准确地鉴别神经结构是研究哺乳动物大脑功能的先决条件。研究人员通常是通过将大脑图像映射到粗糙的轴向取样二维参考图集上来确定神经元与神经回路的方向。然而，细胞水平上的个体差异有可能会导致定位错误，及无法在单细胞分辨率上确定神经投射的方向。

华中科技大学的研究人员描述了一种高通路的精确成像方法，针对单个小鼠大脑可在3天内以0.32 × 0.32 × 2.0 μm的像素大小，获得全脑荧光标记神经元和复染色细胞体共定位的数据集。他们以单个神经元分辨率获得了小鼠全脑多种神经元类型和神经投射的成像数据集。结果表明，同时获取标记的神经结构和在同一大脑中的细胞结构参照，大大促进了精确追踪长距离神经投射和对神经元核的精确定位。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

High-throughput dual-colour precision imaging for brain-wide connectome with cytoarchitectonic landmarks at the cellular level

The precise annotation and accurate identification of neural structures are prerequisites for studying mammalian brain function. The orientation of neurons and neural circuits is usually determined by mapping brain images to coarse axial-sampling planar reference atlases. However, individual differences at the cellular level likely lead to position errors and an inability to orient neural projections at single-cell resolution. Here, we present a high-throughput precision imaging method that can acquire a co-localized brain-wide data set of both fluorescent-labelled neurons and counterstained cell bodies at a voxel size of 0.32 × 0.32 × 2.0 μm in 3 days for a single mouse brain. We acquire mouse whole-brain imaging data sets of multiple types of neurons and projections with anatomical annotation at single-neuron resolution. The results show that the simultaneous acquisition of labelled neural structures and cytoarchitecture reference in the same brain greatly facilitates precise tracing of long-range projections and accurate locating of nuclei.

作者简介：

骆清铭，

现任华中科技大学党委常委、副校长。骆清铭是国家自然科学基金“生物医学光子学”创新研究群体负责人，国家创新人才推进计划重点领域创新团队负责人，国家重大科学研究计划项目首席科学家，国家重大科学仪器设备开发专项项目负责人。曾受聘教育部****奖励计划特聘教授(首批)，荣获国家杰出青年科学基金，当选国际光学工程学会(SPIE)、美国光学学会（OSA）和英国工程技术学会（IET）Fellow。

自1989年以来，骆清铭一直从事信息光电子学与生物医学交叉的学科—生物医学光子学新技术新方法研究，通过光电信息理论与技术的创新，在光学表征、光学检测和信息解析三个方面实现了突破，在光学分子成像和神经光学成像两个方向上做出了系统性、创新性贡献，是国家自然科学二等奖“生物功能的飞秒激光光学成像机理研究”和国家技术发明二等奖“单细胞分辨的全脑显微光学切片断层成像技术与仪器”第一完成人。历时十余年，他率领研究团队首次获得了亚微米体素分辨率的小鼠全脑高分辨图谱，成果发表于Science并入选中国科学十大进展，首次展示了鼠脑轴突的长距离追踪，为实现单神经元分辨水平的全脑三维可视化研究提供了重要研究手段。