Расшифровка структуры мозга — одна из самых сложных задач в нейронауке. Один кубический миллиметр мозговой ткани содержит тысячи микроскопических нейронов и миллионы связей между ними. Однако в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые Института науки и технологий Австрии предлагают изящное решение.
Фото: Tavakoli, Lyudchik et al./ Nature, 2025
До сих пор исследователи изучали синапсы, разрезая мозговую ткань и исследуя ее с помощью электронных микроскопов. Этот метод дорог и не позволяет определить молекулярные компоненты, которые придают каждому нейрону его уникальную идентичность.
Фото: Tavakoli, Lyudchik et al./ Nature, 2025
Поэтому ученые обратились к технике, называемой «экпансионной микроскопией», когда образец ткани помещается в желеобразный материал. При добавлении воды этот гидрогель разбухает во всех направлениях, увеличивая форму клеточных структур, которую он принял, сохраняя при этом их расположение относительно друг друга. Исследовательская группа разработала новую формулу гидрогеля, которая позволила выдерживать точные пропорции структур мозговой ткани мыши, но увеличивая примерно в 16 раз. Этого достаточно, чтобы анализировать их с помощью традиционного светового микроскопа с высоким разрешением.
Ученые использовали флуоресцентные красители для маркировки всех белков нейронов, а также специфических молекул, которые нейроны используют для коммуникации. Затем применили алгоритмы глубокого обучения для реконструкции 3D-архитектуры участка коры из мозга мыши.
Фото: Tavakoli, Lyudchik et al./ Nature, 2025
Новый метод, названный «коннектомикой на основе световой микроскопии», позволяет получать детали до 20 нанометров. Такого разрешения ранее было невозможно достичь, и его достаточно для того, чтобы различать отдельные синапсы.
Эта мощная и бюджетная альтернатива электронной микроскопии открывает новые возможности для исследований мозговых цепей с молекулярными деталями ученые, что может ускорить прорывы в понимании работы мозга и механизмов его заболеваний.
