LIONESS重新定义脑组织成像

脑组织可以说是科学家处理过的最复杂的标本之一。人类大脑目前蕴藏着无法估量的信息量，是最复杂的计算设备，其网络由约 860 亿个神经元组成。理解这种复杂性是一项艰巨的任务，因此要取得进展需要技术来揭示大脑在微观尺度上发生的微小而复杂的相互作用。因此，成像是神经科学的一个有利工具。

ISTA 的 Johann Danzl 团队开发的新成像和虚拟重建技术是大脑活动成像领域的一大飞跃，被恰当地命名为“LIONESS”——“实时信息优化纳米镜实现饱和分割”。LIONESS 是一种对活体脑组织进行成像、重建和分析的管道，其全面性和空间分辨率是迄今为止不可能实现的。

“借助 LIONESS，首次能够对活体脑组织进行全面、密集的重建。通过对组织进行多次成像，LIONESS 使我们能够观察和测量大脑中的动态细胞生物学，”第一作者 Philipp Velicky 说。“输出是三维细胞排列的重建图像，时间构成第四维，因为样本可以在几分钟、几小时或几天内成像，”他补充道。

并获得高分辨率 3D 图像，

而不会损坏活体样本。

协作和人工智能是关键

LIONESS 的优势在于精细光学和构成其核心的两个深度学习层面(一种人工智能方法)：第一个层面提高图像质量，第二个层面识别细胞中的不同细胞结构。密集的神经元环境。

该管道是 Danzl 集团、Bickel 集团、Jonas 集团、Novarino 集团和 ISTA 科学服务单位以及其他国际合作者之间合作的结果。ISTA 的 Johann Danzl 表示：“我们的方法是组建一个充满活力的科学家团队，他们具有跨学科界限的独特综合专业知识，他们共同努力缩小脑组织分析方面的技术差距。”

克服障碍

以前可以使用电子显微镜重建脑组织。该方法根据样品与电子的相互作用对样品进行成像。尽管电子显微镜能够捕获几纳米(百万分之一毫米)分辨率的图像，但电子显微镜需要将样品固定在一种生物状态，并需要对其进行物理切片以获得 3D 信息。因此，无法获得动态信息。

另一种先前已知的光学显微镜技术允许观察生命系统并通过“光学”而不是物理切片来记录完整的组织体积。然而，光学显微镜用于生成图像的光波的特性严重限制了其分辨率。其最佳分辨率为几百纳米，粒度太粗，无法捕获脑组织中的重要细胞细节。

使用超分辨率光学显微镜，科学家可以打破这一分辨率障碍。该领域最近的工作被称为 SUSHI(超分辨率阴影成像)，表明将染料分子应用于细胞周围的空间，并应用获得诺贝尔奖的超分辨率技术 STED(受激发射损耗)显微镜揭示超分辨率“阴影” '所有细胞结构，从而使它们在组织中可视化。然而，通过与脑组织复杂的 3D 结构相匹配的分辨率增强来对整个脑组织进行成像是不可能的。这是因为提高分辨率还需要在样品上施加高负载的成像光，这可能会损坏或“炸毁”微妙的活组织。

这就是 LIONESS 的强大之处，据作者称，LIONESS 是为“快速而温和”的成像条件而开发的，从而使样本保持活力。该技术在实现这一点的同时提供了各向同性的超分辨率(这意味着它在所有三个空间维度上都同样出色)，从而可以在 3D 纳米级分辨率细节中可视化组织的细胞成分。

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