Nature：3D打印透明頭骨，讓科學(xué)家看到小鼠大腦是如何工作的

2019年4月4日，南極熊從外媒獲悉，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員為小鼠開發(fā)了一種獨(dú)特的3D打印透明顱骨植入物，作為觀察大腦表面實(shí)時(shí)活動(dòng)的一種方式。 這種被稱為See-Shell的設(shè)備可以為腦部疾病，如腦震蕩，阿爾茨海默氏癥和帕金森病提供新的見解。

△ a圖：See-Shells植入后6周和36周小鼠大腦的照片，比例尺為2毫米。

b圖：See-Shells植入后10周和30周小鼠大腦的照片，比例尺為2毫米。

c圖：與年齡匹配的非手術(shù)小鼠對(duì)照，長(zhǎng)期植入See-Shells 5周的小鼠的免疫組織學(xué)分析

d圖:在See-Shell植入和非手術(shù)對(duì)照小鼠中在21個(gè)區(qū)域（ROI）中測(cè)量的平均GFAP熒光的點(diǎn)圖

該研究的合作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械工程助理教授Suhasa Kodandaramaiah表示：“我們要做的是看看我們是否可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)小鼠大腦表面的大部分區(qū)域（稱為皮層）進(jìn)行可視化和交互。這將為我們提供有關(guān)人類大腦如何工作的新信息。這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠在刺激大腦某些部位的同時(shí)，以前所未有的控制和精確度觀察大部分皮質(zhì)?！?br />
傳統(tǒng)上，大多數(shù)科學(xué)家都專注于大腦的小區(qū)域，并試圖詳細(xì)了解它。然而，研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)大腦某個(gè)部位發(fā)生的事情可能同時(shí)影響大腦的其他部分。

為了制作See-Shell，研究人員對(duì)小鼠頭骨的表面進(jìn)行了數(shù)字掃描，然后使用數(shù)字掃描創(chuàng)建了一個(gè)人造透明頭骨，其輪廓與原始頭骨相同。在精確手術(shù)期間，用3D打印的透明顱骨裝置替換小鼠頭骨的頂部。該設(shè)備允許研究人員同時(shí)記錄大腦活動(dòng)，同時(shí)實(shí)時(shí)成像整個(gè)大腦。


Kodandaramaiah說(shuō)：“這種新設(shè)備使我們能夠在最小的水平上觀察特定神經(jīng)元的大腦活動(dòng)，同時(shí)隨著時(shí)間的推移獲得大部分大腦表面的大圖。”

大學(xué)發(fā)布的視頻展示了通過(guò)See-Shell看到的鼠腦部。 “小鼠大腦亮度的變化對(duì)應(yīng)于神經(jīng)活動(dòng)的上升和下降。細(xì)微的閃光是整個(gè)大腦突然變得活躍的時(shí)期，”研究人員指出。

使用這種裝置的另一個(gè)好處是小鼠的身體沒(méi)有拒絕植入物，這意味著研究人員能夠在幾個(gè)月內(nèi)研究相同的小鼠大腦。這種大腦衰老研究需要數(shù)十年才能在人類身上進(jìn)行研究。


“這些是我們?cè)谌祟惿砩蠠o(wú)法做到的研究，但它們對(duì)我們對(duì)大腦如何運(yùn)作非常重要，因此我們可以為經(jīng)歷腦損傷或疾病的人提供治療，”該研究的共同作者Timothy J. Ebner博士說(shuō)。

該研究發(fā)表在Nature Communications上。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09488-0

編譯自：3ders