同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法
【专利摘要】本发明公开了一种同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，该方法包括：切片模块对样本进行加工，生成平整的断面；加工液中的染料分子从断面处向样本深处渗透，使样本的浅层部分被染色；成像模块对样本浅层待成像部分进行双色成像；将样本抬升一定高度，切除已成像部分，暴露新的待成像表面；如此反复，直至完成整个样本的信息获取；所获得的信息经计算机处理后可逐层依序构建成一套双通道三维数据集，一个通道为神经信息，另一通道为该样本自身的细胞构筑信息，双通道数据准确配准。该方法通过在样本加工过程对已标记了神经信息的样本浅层部分进行实时细胞构筑染色并进行双色成像，实现了同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑。
【专利说明】
同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法
技术领域
[0001]本发明涉及脑信息的获取，具体地指一种同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法。
【背景技术】
[0002]大脑是自然界最复杂的系统之一，支配着人类的一切活动。探索大脑、认识人本身、应对重大脑疾病的挑战，一直是人类最重要的研究目标之一。人脑中有约111个分子类型特异的神经元，它们通过约114个神经元间的连接点(即突触)彼此相互交织形成大量神经信息传递、处理和整合的立体神经环路。脑的结构是脑高级功能的实现基础。实现特定脑功能，需要局部和跨越多个脑区的长程神经结构协同作用。因此，解析特定神经结构的完整形态与功能是阐明各种尚级脑功能机理的如提和基础。
[0003]现有技术已经能对啮齿类动物在全脑范围获取神经结构的脑区连接关系，甚至轴突投射路径等进行精确解析，以获得丰富的连接信息。然而，这些技术均只能对标记的神经结构与功能信息进行成像，无法提供这些信息所在脑区的准确定位。通常是通过将这些成像结果对应到已有二维标准脑图谱(如《Allen reference atlas》)上，找到相似位置，作为确定脑区方位的依据。由于个体间的差异性，这种定位方式存在很大的误差，无法提供精确到细胞的定位精度。
[0004]理想的方案是在同一个脑中同时获取神经信息与细胞构筑信息以便为神经信息提供其自身的脑区信息索引。细胞构筑染色的常用染料，受限于在组织中的渗透速度有限，往往仅用于百微米厚的脑片染色，难以实现全脑染色。目前CUBIC技术基于光透明原理去除脑组织脂质以增加染料的渗透速度，已实现了全脑细胞构筑的染色。但这种方案需要额外的样本处理，长达7天的浸泡增加了实验复杂性。表层脑组织相比于脑区深处的组织染色更强，导致全脑信号的均匀性受到影响。此外，光透明样本目前只能使用光片照明显微成像系统获取数据，受限于光片照明显微成像系统的技术局限性，该方案无法展示出在同一个脑内细胞分辨率的全脑神经结构与细胞构筑的同时获取。
【发明内容】
[0005]本发明目的旨在提供一种同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，该方法通过在样本加工过程对已标记了神经信息的样本浅层部分进行实时细胞构筑染色并进行双色成像，实现了同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑。
[0006]实现本发明目的采用的技术方案是一种同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，该方法包括:
[0007](I)切片模块对样本进行加工，生成平整的断面；
[0008](2)加工液中的染料分子从断面处向样本深处渗透，使样本的浅层部分被染色；
[0009](3)成像模块对样本浅层待成像部分进行双色成像；
[0010](4)将样本抬升一定高度，切除已成像部分，暴露新的待成像表面；
[0011](5)重复步骤(2)到步骤(4)，如此反复，直至完成整个样本的神经信息及共定位细胞构筑信息获取；
[0012]所获得的信息经计算机处理后逐层依序构建成一套双通道三维数据集，一个通道为神经信息，另一通道为该样本自身的细胞构筑信息，双通道数据准确配准以实现共定位。
[0013]所获得的信息经计算机处理后可逐层依序构建成一套双通道三维数据集，一个通道为神经信息，另一通道为该样本自身的细胞构筑信息，双通道数据准确配准。
[0014]本发明优点在于:提供了一种能够在同一个脑中同时获取神经结构与细胞构筑信息的新方法，为全脑范围的神经结构提供自身细胞构筑的定位信息，能够实现对全脑范围的神经结构准确进行解剖定位。所采用的边成像边染色的方法，避免了以往全脑细胞构筑染色制备复杂、染色不均等局限性，能够在全脑范围获得均匀的染色效果。由于是基于自身的细胞构筑信息进行解剖定位，避免了因与参考图谱的个体差异性而存在定位误差。成像分辨率达到细胞分辨水平，使得对神经信息的定位精度可以得到单细胞水平。
【附图说明】
[0015]图1为本发明同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法流程图。
[0016]图2为本发明的初始样本断面加工示意图。
[0017]图3为本发明的样本断面实时细胞构筑染色示意图。
[0018]图4为本发明的样本断面成像示意图。
[0019]图5为本发明的样本断面加工示意图。
[0020]图6为所获取的单张切片的神经信息成像结果图。
[0021]图7为图6所展示的相同位置的细胞构筑成像结果。
[0022]图8为图6中方框a与图7中方框b所展示数据的融合放大图。
[0023]图9为图8中方框c所展示数据的神经信息成像结果放大图。
[0024]图10为图8中方框c所展示数据的细胞构筑成像结果放大图。
[0025]图11为图8中方框c所展示数据的放大图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]如图1所示，本发明的同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑包括以下具体步骤:
[0028]步骤S1:初始样本断面加工。
[0029]如图2所示，将含有被标记的神经结构I的样本2固定在水槽3中，水槽3中充满了含有染料的加工液4。加工液4将样本2完全淹没，刀具5对样本2进行加工，直至暴露样本2的初始待成像面，生成平整的样本断面。
[0030]步骤S2:样本断面实时细胞构筑染色。
[0031]如图3所示，产生平整的样本断面后，加工液4从样本断面向样本内部渗透。经过一定时间的渗透后，样本的浅层部分6被染色。
[0032]步骤S3:对断面进行双色成像
[0033]如图4所示，对样本已被染色的浅层部分6进行双色成像，分别探测神经信息与细胞构筑信息，分辨率达到细胞分辨水平。
[0034]步骤S4:将样本抬高足够高度，使刀具5能够将已成像的浅层部分6去除，如图5所不O
[0035]步骤S5:判断是否需要继续获取。若继续获取则重复步骤S2至S4，直至完成样本的神经结构与细胞构筑信息获取;若已完成样本的神经结构与细胞构筑信息获取，则执行步骤S6。
[0036]S6:停止执行采集。
[0037]S7:根据获取信息重建双通道三维数据集。
[0038]通过本实施例方法，步骤S3获取的单张切片的神经信息成像结果如图6所示，图6所示相同位置的细胞构筑成像结果如图7所示，图6中方框a与图7方框b所展示数据的融合放大图如图8所示，图8中方框c所展示数据的神经信息成像结果放大图如图9所示，图8中方框c所展示数据的细胞构筑成像结果放大图如图10所示，图8中方框c所展示数据的放大图如图11所示，同一个神经元的荧光标记信号与细胞构筑染色信号重合，显示了本发明方法的定位精度。
【主权项】
1.一种同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，其特征在于，包括: (1)切片模块对样本进行加工，生成平整的断面； (2)加工液中的染料分子从断面处向样本深处渗透，使样本的浅层部分被染色； (3)成像模块对样本浅层待成像部分进行双色成像； (4)将样本抬升一定高度，切除已成像部分，暴露新的待成像表面； (5)重复步骤(2)到步骤(4)，如此反复，直至完成整个样本的神经信息及共定位细胞构筑ig息获取； 所获得的信息经计算机处理后逐层依序构建成一套双通道三维数据集，一个通道为神经信息，另一通道为该样本自身的细胞构筑信息，双通道数据准确配准以实现共定位。2.根据权利要求1所述同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，其特征在于:所述切片模块为石蜡切片机、树脂切片机或振动切片机，或其他产生平整断面的切削装置。3.根据权利要求1所述同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，其特征在于:所述成像模块为宽场显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、结构光照明显微镜，或其他可获取断面信息的成像装置。4.根据权利要求1所述同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，其特征在于:所述步骤(3)中的双色成像分别探测神经结构信息与细胞构筑染色信息，后期进行双通道数据配准实现神经信息与细胞构筑的共定位，达到单细胞定位精度。5.根据权利要求1?4任一项所述同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，其特征在于:所述样本已标记神经信息。6.根据权利要求5所述同时获取全脑神经信息及共定位细胞构筑的方法，其特征在于:所述样本神经信息的标记和细胞构筑的染料具有不同属性，在双色成像中加以区分。
【文档编号】G01N1/30GK105928941SQ201610227721
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】骆清铭, 龚辉, 袁菁, 李向宁
【申请人】华中科技大学