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解析树鼩脑图谱 推动树鼩脑科学精准研究——《树鼩脑立体定位图谱》书荐

2017-09-13

高标准、高质量的脑图谱在神经科学研究中极为关键。中缅树Tupaiabelangerichinensis)作为备受关注的动物模型之一,其之前的脑图谱资料远远不能满足当前科学研究发展的需求。由周江宁教授和倪荣军博士撰写的《树脑立体定位图谱》(即The Tree ShrewTupaiabelangerichinensisBrain in Stereotaxic Coordinates)一书提供了全面、系统、高分辨率的树脑图谱,获得2015年度国家科学技术学术著作出版基金资助,由科学出版社和斯普林格出版社联合出版发行。

一、早期树脑图谱

是一种生活在南亚和东南亚的白天活动的树栖动物。近期的研究结果证实,树在进化地位上是接近灵长目的昼行动物。树体型小(1218厘米,110180克),容易抓取和饲养,有相对较短的妊娠周期(4155天)和青春期 (26月),并且在伦理学上得到认可。越来越多的科学家开始尝试使用树作为新型动物模型,研究脑科学和人类多种疾病的科学问题。可以预测,随着基因操作技术的发展,在未来十年内,树的研究将有长足的发展。

近灵长类树脑的公开研究报道可以追溯到20世纪初,对于树脑解剖结构的研究主要兴起于20世纪70、80年代,当时主要集中在脑干、小脑、脊髓、皮层和丘脑等的研究,Marrocco等(1970年)撰写的树图谱是当时树神经生物学研究中重要的科学成果,虽然只提供了10个冠状切面的染色和模式结构图,但对后来树神经生物学的研究起到了积极影响。此后断断续续的关于树脑研究的成果报道,进一步加深了对树脑结构的认识,也激发了国内对于树脑研究的兴趣。杨文光等(1990年)制作了中缅树(Tupaiabelangerichinensis)脑立体定位图谱,这本图谱包含37个冠状切面和矢状切面的染色图和模式结构图,冠状切面间距约为500微米,使我国在树脑解剖学研究中占有一席之地。尽管从那时起这本图谱就没有更新再版,但这些研究成果仍然极大地推动了树脑结构和脑功能研究的发展。

二、《树脑立体定位图谱》的主要创新点

随着近年来世界范围内脑计划和类脑计划的兴起,树神经生物学研究的热度也持续升温,对于全新版的树脑立体定位图谱的需要越来越迫切,而《树脑立体定位图谱》(即The Tree ShrewTupaiabelangerichinensisBrain in Stereotaxic Coordinates)弥补了这一缺憾。该书主要创新点如下:

1.尼氏染色和胆碱酯酶染色交替呈现树全脑结构

图谱中的所有彩图均采用国际上经典的尼氏染色和胆碱酯酶染色技术,两种染色切片交替出现,清晰展现几乎所有脑核团的形态,原始彩图达到单细胞分辨率水平,每张图片大小0.54GB,这些原始彩图均可在ibrainproject网站上免费共享(http://www.ibrainproject.org/en/index.php?c=article&a=type&tid=33)。因出版社对图片大小有限制,图谱中的所有彩图均经过压缩处理。此外,每张彩图后面分别配上相应的模式结构图,模式结构图详细勾勒出所有已知脑核团的形态、坐标、切面位置等信息。

2.从冠状面、水平面和矢状面三个切面完整解析高精度树脑图谱

为了更全面、系统地展示树脑结构,该书展示了连续的冠状切面、水平切面和矢状切面的完整染色彩图,从不同角度解析脑核团的形态、坐标等。展示了192张冠状切面,间距约为130微米;49张水平切面,间距约为210微米;36张矢状切面,间距约为210微米。每个切面展示1张尼氏染色或胆碱酯酶染色彩图和1张匹配的模式结构图。

3.9.4T核磁共振原位扫描树全脑图像

为了原位展现树脑结构在颅骨内的精确位置和形态,利用先进的9.4T高场核磁共振成像技术,对树全脑三个层面(冠状切面、水平切面和矢状切面)原位成像,扫描间距为250微米。然后将核磁图像与染色彩图精确配对,并与染色彩图一并展示。核磁共振扫描图谱是对经典染色图谱的补充和校验,使获得的树脑立体定位图谱更加精准。

4.前囟(Bregma)和后囟(Lambda)坐标系统

为了使树脑立体定位图谱更好地与国际标准接轨,采用国际上广泛使用的Bregma-Lambda坐标系统定义Bregma原点和Lambda点,并分别给出Bregma原点、Lambda点和耳间线之间的间距。这套坐标系统不仅操作简便、定位精准,而且利于国际同行间的交流和推广使用。

三、《树脑立体定位图谱》的应用价值

该书展示了定位准确的树脑解剖图谱,许多树的脑区和核团为初次鉴定和精确描述,为未来树脑解剖和定位确立了新标准、新方法,对国内外树神经生物学研究领域将产生积极的影响,将推进树脑科学的深入精准研究。