“预告”于6月9日发表于神经影像，这将使科学家能够在微观和宏观层面连接生物标记物，提高MRI成像的分辨率，并为电子显微镜提供更大的背景。
“我们的实验室真正感兴趣的是在多个尺度上绘制大脑的地图，以得到对大脑外观的公正描述，”资深作者Narayanan“Bobby”Ksluri说，他是医学博士，UChicago的神经生物学助理教授和Argonne的神经科学研究员。“当我加入这里的教职员工时，我学到的第一件事就是Argonne有这个非常强大的X光显微镜，而且它还没有被用于大脑测绘，所以我们决定试一试。”
这种显微镜使用了一种叫做同步加速器的X射线断层成像技术，可以把它比作“微CT”或“微电脑断层扫描”。由于阿贡的同步粒子加速器产生了强大的X射线，研究人员能够想象出整个老鼠的大脑--大约一立方厘米--分辨率为微米，1/10,000厘米。收集整个大脑的图像大约花了六个小时，加起来大约是2TB的数据。这是在这个分辨率水平上全脑成像最快的方法之一。
MRI能快速成像整个大脑以追踪神经元束，但分辨率不足以观察单个神经元或它们之间的联系。在规模的另一端，电子显微镜(EM)可以揭示单个突触的细节，但会产生大量的数据，因此在计算上难以观察体积大于几微米的脑组织。现有的研究神经解剖学的微米分辨率技术通常只是二维的，或者使用与mri或EM成像不兼容的协议，因此不可能在所有尺度上使用相同的脑组织进行成像。
研究人员很快意识到，他们的新的微CT，或μCT，可以帮助弥补现有的分辨率差距。第一位作者肖恩·福克斯利(Sean Foxley)是UChicago的研究助理教授，第一位作者肖恩·福克斯利(Sean Foxley)说：“有很多影像学研究表明，人们用核磁共振成像观察整个大脑水平，然后尝试用EM验证这些结果，但结果并不连贯。”“当你看一个EM数据集时，你很难用核磁共振成像来说明大量的组织，而X光可以弥补这个缺口。现在我们终于有了一些东西，可以让我们无缝地观察到所有级别的分辨率。”
结合他们在MRI和EM方面的专业知识，Foxley，Kspuri和他们团队的其他成员选择使用这三种方法来绘制单个小鼠大脑的地图。“我们为什么选择老鼠的大脑呢?因为它适合显微镜，”卡舒里笑着说。“而且，老鼠是神经科学的工作马;它们对于分析大脑中不同的实验条件非常有用。”
在收集和保存组织后，研究小组将样本放在核磁共振扫描仪中，以收集整个大脑的结构图像。接下来，它被放置在μCT扫描仪的高级光子源，一个DOE办公室的科学用户设施，收集CT数据之前，在脑干和小脑的特定感兴趣区域被确定为针对EM。
经过几个月的数据处理和图像追踪，研究人员确定，他们能够使用MRI上识别的结构标记来定位指定脑区的特定神经元亚群，并且可以追踪单个细胞体的大小和形状。他们还可以追踪在大脑中行走的单个神经元的轴突，并将μCT图像中的信息与他们在突触层面所看到的信息与EM联系起来。
研究小组说，这种方法不仅有助于在μCT分辨率下对大脑进行成像，而且还能为磁共振成像和电磁成像提供信息。
“用EM成像大脑的1毫米立方体，相当于MRI图像的最小分辨率，产生近100万千兆字节的数据，”卡斯丘里说。“这只是在看一个1毫米的立方体!我不知道下一个立方体发生了什么，也不知道下一个立方体发生了什么，所以我真的不知道我在EM中看到的是什么。核磁共振成像可以提供一些背景信息，但它的规模太大，无法连接。现在，μCT为我们的电磁工作提供了所需的背景。”
在量表的另一端，Foxley对这种方法如何通过MRI来帮助理解活的大脑感到兴奋。他说：“这项技术为我们提供了一种非常清晰的方法，当存在疾病或损伤时，我们可以识别大脑微结构的变化。”“所以，现在我们可以开始用μCT来寻找生物标记物，然后我们可以追溯到我们在活体大脑中所看到的核磁共振成像。X射线让我们可以在细胞层面上观察事物，然后我们就可以问，是什么在细胞层面上发生了变化，从而在宏观层面上导致了核磁共振信号的全球变化?”
研究人员已经开始使用这一技术来探索神经科学中的重要问题，他们通过基因改造的方法研究了患有阿尔茨海默氏症的小鼠的大脑，看看他们是否能够追踪μCT所见的抗体斑块，以追溯到核磁共振扫描中的可测量的变化，特别是在疾病的早期阶段。
重要的是，由于这项工作是在国家实验室完成的，这一资源将对世界各地的其他科学家开放和自由使用，使研究人员能够开始询问和回答涉及整个大脑的问题，并达到突触水平。
然而，目前，UChicago团队最感兴趣的是继续改进这项技术。“下一步是做一个完整的灵长类大脑，”卡舒里说。“老鼠的大脑是可能的，对病理模型也很有用。但我真正想要做的是，把整个灵长类的大脑成像到每一个神经元和每一个突触连接的水平。一旦我们这样做，我想做一个完整的人脑。”
