ضوء جديد على الاتصالات العصبية

في الستينيات من القرن الماضي ، بمساعدة مجهر ضوئي بسيط محلي الصنع الذي زاد من عينات أكثر من 250 مرة ، أصبح تاجر نسيج هولندي يدعى أنطوان فان ليوينهوك أول شخص يوثق رؤية عن قرب من البكتيريا وخلايا الدم الحمراء وخلايا الحيوانات المنوية والعديد من المشاهد العلمية الأخرى. منذ ذلك الحين ، عزز المجهر الخفيف مكانه كتقنية للأحكام في سعينا لفهم الكائنات الحية. اليوم ، من كل مكان تقريبًا في مختبرات علوم الحياة ، مما يمكّن علماء الأحياء من تحديد وتوصيف الخلايا والأعضاء والأنسجة وتشخيص العديد من الأمراض.

ومع ذلك ، فإن أحد المجالات التي لم يتمكن المجالات الفاتحة الخفيفة من الاختراق ، وهي Connectomics – وهي مجال من علم الأعصاب الذي قدمت فيه Google مساهمات أساسية على مدار العقد الماضي. لقد اعتمدت الجهود المبذولة لخريطة جميع الخلايا العصبية في المنطقة-بما في ذلك أعمالنا السابقة-على تقنية تسمى المجهر الإلكتروني ، والتي يمكن أن تلتقط رؤية عن قرب للغاية للمعلومات الهيكلية داخل الخلية. ومع ذلك ، فإن المجهر الإلكتروني له قيود كبيرة: فهو يتطلب معدات باهظة الثمن ومتخصصة للغاية لا يمكن الوصول إليها بسهولة لمعظم مختبرات علم الأعصاب.

اليوم ، بالتعاون مع الزملاء في معهد العلوم والتكنولوجيا النمسا (ISTA) ، نشرنا في المجلة طبيعة، “إعادة البناء المتصل القائم على الجراء الخفيف لأنسجة الدماغ الثدييات” ، والتي نبلغ عن طريقة أول طريقة لاستخدام الفحص المجهري للضوء لرسم خريطة جميع الخلايا العصبية وعلاقاتها في كتلة من أنسجة الدماغ الماوس. لقد حققنا ذلك من خلال تخصيص العديد من التقنيات الراسخة والتحقق من صحة وجمعها في سير عمل واحد نسميه LICONN (Connectomics المستندة إلى المجهر الضوئي). قاد زملائنا في ISTA الابتكار الرئيسي للمشروع – وهو بروتوكول يوسع جسديًا أنسجة الدماغ مع الحفاظ على السلامة الهيكلية ، وفي الوقت نفسه يصف جميع البروتينات كيميائيًا من أجل توفير تباين الصورة اللازم لتتبع الخلايا العصبية والكشف عن الهياكل الخلوية الأخرى مثل المشابك.

لقد كررنا مع ISTA على تفاصيل البروتوكول ، بتطبيق مجموعة من أدوات تحليل الصور والتعلم الآلي (ML) لل Connectomics ، والتحقق من صحة Liconn في نهاية المطاف من خلال توفير إعادة بناء آلية لحجم ميكرون مكعب تقريبًا من قشرة الفأر. ثم تحققنا بشكل شامل من إمكانية تتبع جميع ~ 0.5 متر من neurites معبأة داخل حجم أصغر من أنسجة الحصين الماوس ، مما يدل على أن LICONN يعمل بشكل جيد بشكل جيد مع connectomics القائم على المجهر الإلكترون. لقد أظهرنا أيضًا أن LiConn يفتح القدرة على قياس المعلومات الهيكلية والجزيئية في وقت واحد في عينة الأنسجة ، والتي ستمكن الفرص الجديدة الأساسية لفهم أعمال الدماغ.