创新的纳米片方法彻底改变了大脑成像的多尺度和长期研究

人类大脑有数十亿个神经元。通过协同工作，它们可以实现更高层次的大脑功能，如认知和复杂行为。为了研究这些高阶大脑功能，了解神经活动如何在不同的大脑区域协调是很重要的

尽管功能性磁共振成像（fMRI）等技术能够深入了解大脑活动，但在给定的时间和区域内，它们只能显示这么多信息。使用颅骨窗的双光子显微镜是产生高分辨率图像的有力工具，但传统的颅骨窗很小，很难同时研究遥远的大脑区域

现在，由生命和生活系统探索研究中心（ExCELLS）和美国国家生理科学研究所（NIPS）领导的一组研究人员引入了一种体内大脑成像的新方法，能够对清醒小鼠的神经元结构和活动进行大规模和长期的观察

这种方法被称为“将纳米片掺入光固化树脂”（NIRE）方法，它使用覆盖有光固化树脂的含氟聚合物纳米片来创建更大的颅骨窗口

“NIRE方法优于以前的方法，因为它利用生物相容性纳米片和透明的光固化树脂，从顶叶皮层延伸到小脑，产生了比以前更大的颅骨窗口，这种树脂的形式从液体变为固体，”首席作者、东京科学与ExCELLS大学的Taiga Takahashi说

在NIRE方法中，光固化树脂用于将聚环氧乙烷涂层的CYTOP（PEO-CYTOP）（一种生物惰性透明纳米片）固定在大脑表面。这创造了一个“窗口”，可以紧密地贴在大脑表面，甚至是小脑高度弯曲的表面，并在几乎没有机械应力的情况下长时间保持其透明度，使研究人员能够观察活体小鼠的多个大脑区域

“此外，我们还表明，与我们以前的方法相比，PEO-CYTOP纳米片和光固化树脂的组合能够在更长的时间内创建更坚固、更透明的颅窗。因此，很少有运动伪影，即清醒小鼠运动引起的图像失真，”Takahashi说

颅骨窗可进行亚微米分辨率的高分辨率成像，适用于观察精细神经结构的形态和活动

“重要的是，NIRE方法能够在6个月以上的更长时间内进行成像，对透明度的影响最小。这将有可能在从网络水平到细胞水平的各个层面，以及在成熟、学习和神经退行性变过程中，对神经可塑性进行长期研究。”ExCELLS和NIPS的通讯作者Tomomi Nemoto解释道

这项研究是神经成像领域的一项重大成就，因为这种新方法为研究人员提供了一个强大的工具，可以研究以前难以或不可能观察到的神经过程。具体而言，NIRE方法能够创建具有延长透明度和较少运动伪影的大颅骨窗口，这应该允许进行大规模、长期和多尺度的体内脑成像

Nemoto说：“该方法有望解开与生长发育、学习和神经疾病相关的神经过程之谜。潜在的应用包括研究神经群体编码、神经回路重塑和依赖于广泛分布区域协调活动的高阶大脑功能。”

总之，NIRE方法为研究清醒和从事各种行为的动物在长时间内不同水平的神经可塑性变化提供了一个平台，这为增强我们对大脑复杂性和功能的理解提供了新的机会