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揭開眼睛的視覺奧秘:美繪製兔眼顯微圖像

     北京時間4月10日消息,美國編碼人員和神經學家正聯手合作,繪製兔眼後面的每一個細胞的顯微圖像,圖像的數據大小可達20TB。
    
    要實現這項大型革命性任務,他們必須藉助定製軟件、電子顯微鏡和一把異常鋒利的刀。如果一切進展順利,該科研組或許將成為第一個製作出能說明哺乳動物是如何看東西的神經迴路圖。
    
    羅伯特・馬克領導的科學家希望與他人分享這種方法。最近他們在《公共科學圖書館・生物學》雜誌上羅列了利用一系列特殊工具繪製感覺器官圖和收集數據的方法。這個軟件是免費的,最終大量數據設置會使它形成網絡化。下面是這些視覺探索家利用的工具和他們收集的一些非常令人震驚的圖片。
    
    1.老鼠視網膜:包含70多種神經元
    揭開眼睛的視覺奧秘:美國繪製兔眼顯微圖像
    
    老鼠視網膜:包含70多種神經元
    
    馬克的科研組正在對兔子的眼睛進行研究,不過以前的實驗曾使用過老鼠。這個老鼠的視網膜包含70多種神經元。研究人員利用三種抗體給它們染色,以便確定它們分別是哪種細胞,並弄明白它們在做什麼。
    
    2.超薄切片機:切片比光波長還短
    揭開眼睛的視覺奧秘:美國繪製兔眼顯微圖像


    
    超薄切片機:切片比光波長還短
    
    這些生物學家為了準備各種組織樣本,進行電子顯微鏡掃描,他們先用一種被稱作戊二醛的防腐劑浸泡這些組織,然後再用一種固體樹脂取代組織里的水份。這個過程跟真人體模型展展出的乾屍的製作過程非常類似。
    
    樹脂成型後,研究人員用Leica超薄切片機(ultramicrotome)把這些組織切成厚度僅為70納米的薄片。超薄切片機是一種非常鋒利的刀子,它能把物體切成比最窄的可見光波還細的小段。
    
    
    
    
    
    
     9.觀看視網膜合成圖的大屏幕
    揭開眼睛的視覺奧秘:美國繪製兔眼顯微圖像


    
    觀看視網膜合成圖的大屏幕
    
    研究人員可以通過科學計算和成像學研究所的一個由24寸液晶顯示屏組成的大屏幕上,觀看視網膜合成圖。這裏距離他們的顯微鏡實驗室僅有幾步之遙。他們的遙控裝置是一個iPhone,他們可以利用普通手勢放大、縮小圖像,或者移動圖像。
    
    從屏幕上很容易看到每個神經的神經鍵,這是神經細胞彼此之間的連接,一個細胞發出的信號可通過它傳遞給另一個細胞。圖片上的暗處和裂縫是每張圖片的重要部分,即使是最好的軟件,也無法看到所有這些特殊部位。
    
    10.瀏覽程序類似谷歌地球
    揭開眼睛的視覺奧秘:美國繪製兔眼顯微圖像


    
    瀏覽程序類似谷歌地球
    
    普通台式機甚至不能把一張30GB的圖片的一部分下載到它的內存里,更不用說下載整張圖片了。因此科學計算和成像學研究所的研究人員利用與錐形處理方法和谷歌地球瀏覽界面類似的方法寫了一個程序。他們藉助這個程序,可以快速瀏覽數據,標註神經鍵或其他有趣的發現。
    
    11.不健康的兔眼部分區域
    揭開眼睛的視覺奧秘:美國繪製兔眼顯微圖像


    
    不健康的兔眼部分區域
    
    研究人員利用一台黑白電子顯微鏡,很容易鑑別出每一個細胞,但是給它們染色後,他們將會發現更多與細胞有關的重要信息。這張抽象圖的鮮艷顏色能讓研究人員弄清楚每個細胞都在做什麼。
    
    電子顯微鏡不能分辨彩色物質,因此馬克的實驗室研發了一個工作區。他們用粘附着銀色粒子的抗體給每個細胞做標記,重點突出一個特殊化學物質所在區,例如氨基酸穀氨酸鹽。在電子顯微圖中,每個銀色粒子就是一個亮點,利用電腦很容易把這些點變成彩色。通過鑑別每種顏色,科學家就能確定這些細胞到底釋放了多少信息傳遞素。
    
    這張特殊圖像顯示的是一個不健康的兔眼的部分區域。如果這個彩色圖案與健康兔眼的圖案不一樣,研究人員就能通過它提供的線索,斷定導致兔眼出現問題的原因。馬克和他的科研組把這種方法稱之為計算分子顯形。

責任編輯: 於飛  來源:新浪科技 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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