11、实验小鼠脑切片的解剖分割与基因表达估计的交互方法

实验小鼠脑切片的解剖分割与基因表达估计的交互方法

在认知研究中，大脑基因表达分析极为重要。许多认知功能（如记忆巩固）由特定基因调控，这些基因在智力活动（如训练）时开始表达。同时，特定脑区的活动变化反映认知过程。将大脑解剖图与基因表达模式结合并进行统计处理，有助于发现与认知过程相关的新基因和新解剖结构。

1. 现有技术与问题

目前，测量动物大脑基因表达的方法是先提取大脑、冷冻后切片，再用尼氏染色法（Nissl）突出组织学特征，用原位杂交法（ISH）显示表达相应基因的神经元。但确定活跃基因所在的大脑结构是个难题，尤其是对于非标准切面的切片，即使专家也难以判断。不过，有一些包含组织学和解剖学图像的动物图谱可供参考，本文使用了艾伦小鼠脑图谱（ABA）。

2. 解剖分割

解剖分割实验脑切片包括以下步骤：
- 将二维实验切片注册到包含解剖结构信息的小鼠脑三维模型中 ：在此过程中，从三维模型中获取与实验切片相似的虚拟切片，该虚拟切片可在组织学和解剖学模式下查看。
- 找到虚拟切片的非线性变形 ：通过在组织学虚拟切片和实验切片上放置对应的关键点对来实现。
- 将非线性变形应用于解剖学虚拟切片 。

2.1 图谱切片的非线性校正

我们使用基于ABA图像构建的小鼠脑三维模型。由于切片在切割和染色过程中会独立变形，直接应用变形会导致组织学和解剖学结构不光滑。为解决这个问题，我们对图谱切片进行非线性校正。具体步骤如下：
1. 计算第k个未校正切片与它的d个前切片和d个后切片之间的非线性变