藉由液體填充法減少氣管像差/散射以增加果蠅腦光學穿透深度

Abstract

為了了解大腦是如何運作的，全腦功能性成像技術是不可或缺的。在各種技術中，光學顯微術由於能捕抓個別神經元訊號的微米級空間解析度與毫秒級時間解析度而十分受歡迎，但是它典型的穿透深度僅有一毫米。因此，對於全腦研究，果蠅成為最具潛力的模式生物，它的腦小到理論上可以被光學顯微鏡所穿透。此外，它將近一半的腦神經結構性圖譜已經在Flycircuit被繪製，這個高比例完成度的結構圖譜成為果蠅功能成像珍貴的參考。然而，實際上，我們發現光學顯微鏡在果蠅腦中遇到意外的光損害，這造成我們無法對其做全腦成像，而其原因就源自於果蠅腦中的氣管。氣管裡的空氣與周圍組織的折射率的巨大差異，使得光遭遇強烈的像差/散射，因此無法抵達大腦的深層。 在本篇研究中，我們從醫學研究中的液體通氣(liquid ventilation)取得靈感，提出三種液體填充的方法試圖能降低氣管所造成的像差/散射。在所有方法中，滲透方法(osmosis method)成效最好，藉由間接改變果蠅腦內的滲透壓，使組織液因滲透壓差而流進微氣管裡取代原本的空氣。我們經由共厄焦顯微鏡及電刺激來分別檢視滲透方法對於影像穿透深度的提升及應用在功能性成像上的可行性。不過，我們的結果顯示，並非所有果蠅腦成像的穿透深度都有增強，我們歸因於那些會影響微氣管中液體的複雜生理現象。這這些現象需要活體氣管成像的技術，可能可以進一步檢測滲透方法。總而言之，這個研究為我們提供了能增加果蠅腦內光學穿透深度的方法，並且為全腦功能連接體研究鋪路。