高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (12): 20220379.doi: 10.7503/cjcu20220379
汤乔伟1,5, 蔡小青1,2,5(
), 李江1,2,5, 诸颖1,2,5, 王丽华1,2,5, 田阳4, 樊春海3, 胡钧1,2,5()
收稿日期:2022-05-27
出版日期:2022-12-10
发布日期:2022-08-09
通讯作者:
蔡小青,胡钧
E-mail:caixq@sari.ac.cn;hujun@sari.ac.cn
基金资助:
TANG Qiaowei1,5, CAI Xiaoqing1,2,5(), LI Jiang1,2,5, ZHU Ying1,2,5, WANG Lihua1,2,5, TIAN Yang4, FAN Chunhai3, HU Jun1,2,5()
Received:2022-05-27
Online:2022-12-10
Published:2022-08-09
Contact:
CAI Xiaoqing, HU Jun
E-mail:caixq@sari.ac.cn;hujun@sari.ac.cn
Supported by:摘要：
脑疾病的诊疗、 探索高级脑功能机制和理解意识本源对脑科学研究具有重要意义. 成像技术在阐明脑科学神经系统结构和功能中发挥了重要作用. 迄今, 核磁共振成像、 光学成像和电子显微镜成像技术已为脑科学研究提供了强有力的手段, 取得了突出的进展. 同步辐射X射线显微成像技术具有高分辨率、 快成像速度和高穿透深度等优点, 是一类与已有技术互补的新型脑成像技术. 本文介绍了核磁共振波谱、 光学显微镜和电子显微镜等成像方法在脑成像领域中的应用, 重点阐述了同步辐射X射线成像的优势以及在脑结构成像和功能成像中的应用. 在此基础上, 展望了同步辐射X射线成像应用于脑科学研究的未来发展方向, 讨论了该技术在绘制人脑联接图谱中的优势及可行性.
中图分类号:
TrendMD:
汤乔伟, 蔡小青, 李江, 诸颖, 王丽华, 田阳, 樊春海, 胡钧. 同步辐射X射线成像技术在脑成像研究中的应用. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220379.
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Fig.1 Comparison of the spatial and temporal resolutions of biological imaging techniques[15]Copyright 2019， Springer Nature Singapore Pte Ltd.
Fig.2 Three⁃dimensional reconstruction of neurons(A, B) Magnetic resonance image(coronal view) and 3D⁃reconstructed MRI volume of the human brain[22]; (C) three⁃dimensional reconstruction of partial hippocampal neurons of the mouse brain with MOST; (D) three⁃dimensional reconstruction of three pyramidal cells; (E) three⁃dimensional reconstruction of a pair of neighboring Purkinje cells; (F) tracing of 17 neurons in this area[35];(G, H) three⁃dimensional reconstruction of neurons with EM[8].(A, B) Copyright 2013, the American Association for the Advancement of Science; (C—F) Copyright 2010, the American Association for the Advancement of Science; (G, H) Copyright 2018, Elsevier.
Fig.3 Different imaging methods based on synchrotron radiation(A) Second⁃generation synchrotron sources, third⁃generation sources and fourth⁃generation free⁃electron laser X⁃ray sources; (B) different characterization means based on synchrotron radiation[54]; (C) schematic diagram of the nano resolution TXM facility and the sub⁃micron resolution Micro⁃CT facility based on the X⁃ray absorption imaging[58].(A, B) Copyright 2011, the American Association for the Advancement of Science; (C) Copyright 2017, Springer Nature.
Fig.4 Imaging of model animal soft tissues by X⁃PCI（A） Imaging of about 1 mm thick of the lumbar-sacral region of the spinal cord［80］； （B） cells （white） in the vicinity of the neural probe（red）； （C） blood vessels in the volume shown in （B）（bar： 100 μm）［85］； （D） hough transform was used to segment the cells in molecular layer and granular layer of human cerebellum， and Purkinje cells were extracted by region growth algorithm［88］.（A） Copyright 2015， Springer Nature； （B， C） Copyright 2019， Springer Nature；（D） Copyright 2018， National Academy of Science.
Fig.5 Imaging of model animal soft tissues by XNH[92]（A） Schematic representation of XNH experimental setup used for holotomography and single-distance measurements——prescans；（B） tomography volume visualized in the color map； （C） a 3D rendering of （sub）cellular structures within a Purkinje cell. Copyright 2018， John Wiley and Sons.
Fig.6 Imaging of model animal soft tissues by Micro⁃CT(A) Imaging of Purkinje cells stained by Golgi⁃Cox[103]; (B) reconstruction of the mouse hippocampus stained by Golgi staining and manual cell segmentation; (C—E) reconstruction of the pyramidal neuron and the typical cortical interneuron of the mouse brain stained by Golgi staining[104]; (F) reconstruction of Drosophila head stained by Golgi⁃Cox: nervous systems(green), muscles(orange), cuticles(gray), and ommatidia[63].(A) Copyright 2011, Springer Nature; (B—E) Copyright 2018, Springer Nature; (F) Copyright 2017, Springer Nature.
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