18、神经元形态重建与模拟的关键技术

神经元形态重建与模拟的关键技术

1. 收缩伪像与树突直径的交叉验证

在研究神经元形态时，从大脑取出到封片的过程中，神经元的形态结构可能会发生显著变化。切片和后续孵育等操作，可能在数小时内引发大量树突棘生长，从而改变神经元的形态。因此，从切片组织中获取完全保留体内真实情况的细胞形态较为困难。将切片组织中的细胞与灌注大脑中获取的同类型细胞进行比较，有助于判断切片伪像（如肿胀或树突棘生长）的存在。

在固定和后续组织学处理过程中，切片和灌注大脑中的神经元形态都会在不同程度上发生扭曲。在依赖所获得的形态进行研究之前，对这一过程进行交叉验证是很有必要的，不过是否需要验证取决于建模者对形态重建精度的要求。

1.1 评估固定收缩

评估整个切片的固定收缩情况，可以通过测量固定前后切片的大小和厚度来实现。根据这些测量值估算收缩因子，并将其应用于所获得的神经重建结果。然而，这种方法假设切片内的收缩是均匀的，且单个细胞的收缩速率与整个切片相同，但在某些情况下，这种假设可能不成立。例如，切片边缘的收缩情况可能与中心不同，导致细胞变形；单个树突可能卷曲而非收缩，卷曲的树突可能保留其原始长度。

为了评估这些可能性，需要在固定前后获取填充细胞的图片。在记录过程中，可以注入荧光染料（如 Lucifer Yellow 或罗丹明），这些染料能在数分钟内扩散到整个神经元。需要注意的是，Lucifer Yellow 具有高度光毒性，在电生理记录过程中，神经元不能暴露在紫外线下。

记录完成后但在切片固定之前，使用与所使用染料相匹配的滤光片组来可视化神经元，并拍照。长工作距离的水浸物镜是比较实用的选择。对于具有精细树突或位于切片深处的细胞，可能需要使用共聚焦显微