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3D-Scanning-Technologie Überbrückung von Mikroschaltungen und Makroskalen-Gehirnbildern in 3D-Neu...
3D-Scanning-Technologie Überbrückung von Mikroschaltungen und Makroskalen-Gehirnbildern in 3D-Neu...
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JoVE Journal Neuroscience
3D Scanning Technology Bridging Microcircuits and Macroscale Brain Images in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol

3D-Scanning-Technologie Überbrückung von Mikroschaltungen und Makroskalen-Gehirnbildern in 3D-Neuartigem Einbetten von Überlappungsprotokollen

Full Text
7,657 Views
10:14 min
May 12, 2019

DOI: 10.3791/58911-v

Saya Ide1, Motoki Kajiwara1, Hirohiko Imai2, Masanori Shimono1

1Graduate School of Medicine and Faculty of Medicine,Kyoto University, 2Graduate School of Informatics,Kyoto University

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article presents a novel experimental protocol leveraging 3D scanning technology which integrates both macro-scale brain anatomy imaged by MRI (>100 μm) and micro-scale neuronal distributions using immunohistochemistry and multielectrode arrays (~10 μm). This approach enables precise mapping of neural structures and their respective functions.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroanatomy
  • Neuroscience Imaging
  • Electrophysiology

Background

  • The study focuses on addressing the challenge of bridging macroscopic and microscopic scales in neuroanatomical research.
  • It explores the reliability and accuracy of 3D scanning technology in mapping brain structures.
  • This method allows for the detailed investigation of known MRI contrast patterns related to disease.
  • Existing protocols are expanded to include both living subjects and post-mortem samples.

Purpose of Study

  • To develop a 3D protocol that embeds micro-scale information into macro-scale anatomical images.
  • To facilitate the identification of pathologies associated with distinct brain structures.
  • To improve the methodological framework for neuroanatomical research.

Methods Used

  • The main platform involves 3D scanning technology integrated with MRI imaging.
  • The key biological model includes post-mortem mouse brains, employing MRI and immunohistochemistry.
  • Critical steps include careful handling of the brain to avoid contamination and accurate scanning protocols.
  • Involves specific temperature and solution conditions during sample preparation.
  • 3D Slicer software is utilized for image processing and merging surface data.

Main Results

  • The protocol achieves high precision in correlating anatomical and electrophysiological data.
  • It validates methods for identifying brain regions implicated in neurological disorders.
  • Significant improvements in spatial resolution are noted when merging macro and micro imaging techniques.
  • Insights into neural connectivity and functional regions are enhanced through this methodology.

Conclusions

  • This study demonstrates the feasibility of utilizing advanced 3D scanning technology in neuroanatomical research.
  • The integration of different spatial scales offers new insights into neural mechanisms and disease models.
  • Overall, the method improves the understanding of the brain’s structure-function relationship.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using 3D scanning technology?
3D scanning technology enhances precision in correlating anatomical structures with neural activities, allowing researchers to pinpoint disease-related changes more effectively.
How is the biological model prepared for scanning?
The model, typically a post-mortem mouse brain, is carefully extracted and treated to maintain its anatomical integrity before undergoing 3D scanning.
What types of data can be obtained using this protocol?
The protocol yields detailed imaging data and can facilitate the evaluation of neural connectivity and the identification of disease markers via enhanced resolution.
Can this method be adapted for human studies?
Yes, the 3D neuro protocol can be applied to human MRIs, bridging the gap between preclinical and clinical research.
What are the key limitations of this protocol?
Key limitations include the sensitivity of 3D scan systems to environmental conditions and the need for rapid processing to maintain sample quality.

Dieser Artikel stellt ein experimentelles Protokoll vor, das die 3D-Scanning-Technologie verwendet, die zwei räumliche Skalen überbrückt: die makroskopische räumliche Skala der Anatomie des gesamten Gehirns, die durch die MRT auf >100 m abgebildet wird, und die mikroskopische räumliche Skala neuronaler Verteilungen unter Verwendung von immunhistochemische Färbung und ein Multielektroden-Array-System und andere Methoden (ca. 10 m).

Dieses Protokoll ist das erste, das 3D-Scanning-Technologie im anatomischen, speziell neuroanatomischen Forschungsbereich einführt und eine hochpräzise Überlappungsleistung erzielt hat. Die 3D-Neuro-Einbettungsüberlappung oder das 3D-Neuroprotokoll bettet sterile Mikrosteckdosen in Makro-Skala-Gehirnbilder ein und überbrückt diese verschiedenen räumlichen Skalen nahtlos. Wir müssen auch das 3D-Neuroprotokoll auf menschliche MRTs und post-mortem Gehirn anwenden.

Die Überlappung ermöglicht es uns, bekannte MRT-Kontrastmuster im Zusammenhang mit Krankheiten zu identifizieren. 3D-Scansysteme reagieren empfindlich auf Wasser, das den extrahierten Bioorganismus umgibt, daher ist es wichtig, das Wasser sehr sorgfältig abzuwischen. Darüber hinaus muss das Verfahren so schnell wie möglich durchgeführt werden.

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