北京時間4月10日消息，據美國《連線》雜誌報道，美國編碼人員和神經學家正聯手合作，繪製兔眼後麵的每一個細胞的顯微圖像，圖像的數據大小可達20TB。
要實現這項大型革命性任務，他們必須借助定製軟件、電子顯微鏡和一把異常鋒利的刀。如果一切進展順利，該科研組或許將成為第一個製作出能說明哺乳動物是如何看東西的神經回路圖。
羅伯特·馬克領導的科學家希望與他人分享這種方法。最近他們在《公共科學圖書館·生物學》雜誌上羅列了利用一係列特殊工具繪製感覺器官圖和收集數據的方法。這個軟件是免費的，最終大量數據設置會使它形成網絡化。下麵是這些視覺探索家利用的工具和他們收集的一些非常令人震驚的圖片。
1.老鼠視網膜：包含70多種神經元
老鼠視網膜：包含70多種神經元
馬克的科研組正在對兔子的眼睛進行研究，不過以前的實驗曾使用過老鼠。這個老鼠的視網膜包含70多種神經元。研究人員利用三種抗體給它們染色，以便確定它們分別是哪種細胞，並弄明白它們在做什麽。
2.超薄切片機：切片比光波長還短
超薄切片機：切片比光波長還短
這些生物學家為了準備各種組織樣本，進行電子顯微鏡掃描，他們先用一種被稱作戊二醛的防腐劑浸泡這些組織，然後再用一種固體樹脂取代組織裏的水份。這個過程跟真人體模型展展出的幹屍的製作過程非常類似。
樹脂成型後，研究人員用Leica超薄切片機(ultramicrotome)把這些組織切成厚度僅為70納米的薄片。超薄切片機是一種非常鋒利的刀子，它能把物體切成比最窄的可見光波還細的小段。
3.透射電子顯微鏡：每天拍攝3000張照片
透射電子顯微鏡：每天拍攝3000張照片
微軟公司工程師，神經學研究生詹姆斯·安德森寫的一份材料，可以讓這種透射電子顯微鏡(transmission electron microscope,TEM)每天拍攝3000張高倍率照片。安德森的同事都來自德克薩斯州，因此他們用長角牛隊(Texas Longhorns)的海報裝飾這個儀器。
4.3個組織樣本放在電子顯微鏡的基架上
3個組織樣本放在電子顯微鏡的基架上
研究人員為了製作30GB圖像，已經對每個樣本掃描一千多次。這些組織樣本經電子束照射幾個小時後，顏色開始變黃，從幻燈片上能看到這些圓形燒痕。這些痕跡預示著30GB圖像的中心在哪裏。
5.組織樣本下麵的成像室發出綠光
組織樣本下麵的成像室發出綠光
如果使用更落後的顯微鏡，研究人員會在這個部位放置一種特殊的照相膠片。這種電子探針微量分析儀(JEOL)利用一個電子探測器進行自動成像操作。
6.兔眼視網膜剖麵
兔眼視網膜剖麵
每個組織樣本的第一批圖片是在低倍率下拍攝的。這張圖片展示了兔眼視網膜的剖麵。這使我們對這個將被分成一千份的區域有了大致了解。不久後研究人員將在高倍率下掃描該區域。
7.兔眼視網膜剖麵拚接圖像
兔眼視網膜剖麵拚接圖像
電子顯微鏡快速掃描這個區域後，自動放大倍率，用5,500X倍率拍攝了一千張圖片。在放大像散現象的影響下，每張照片的邊緣都被扭曲了。換句話說就是，顯微鏡使每一個組織的外形都發生了偏差。
為了糾正這個問題，科學計算和成像學研究所(SCI)的研究人員研發了定製軟件，用來糾正扭曲的部分後，把這些圖片拚成一張合成圖。
8.兔眼視網膜雙極細胞
兔眼視網膜雙極細胞
這是構成合成圖的一個片段，它顯示的是5,500X倍率下的雙極細胞。位於圖片右側的是一個普遍存在、但是至今仍是個謎的無長突細胞，它看起來比其他細胞更亮。
每個細胞裏的黑色環狀物都是氣泡囊，氣泡裏塞滿了發送信號的化學物質。每個氣泡囊就是一個神經傳遞素的儲存室，隻有當一個細胞決定把信號傳遞給附近的細胞時，這些化學物質才會被釋放出來。
9.觀看視網膜合成圖的大屏幕
觀看視網膜合成圖的大屏幕
研究人員可以通過科學計算和成像學研究所的一個由24寸液晶顯示屏組成的大屏幕上，觀看視網膜合成圖。這裏距離他們的顯微鏡實驗室僅有幾步之遙。他們的遙控裝置是一個iPhone，他們可以利用普通手勢放大、縮小圖像，或者移動圖像。
從屏幕上很容易看到每個神經的神經鍵，這是神經細胞彼此之間的連接，一個細胞發出的信號可通過它傳遞給另一個細胞。圖片上的暗處和裂縫是每張圖片的重要部分，即使是最好的軟件，也無法看到所有這些特殊部位。
10.瀏覽程序類似穀歌地球
瀏覽程序類似穀歌地球
普通台式機甚至不能把一張30GB的圖片的一部分下載到它的內存裏，更不用說下載整張圖片了。因此科學計算和成像學研究所的研究人員利用與錐形處理方法和穀歌地球瀏覽界麵類似的方法寫了一個程序。他們借助這個程序，可以快速瀏覽數據，標注神經鍵或其他有趣的發現。
11.不健康的兔眼部分區域
不健康的兔眼部分區域
研究人員利用一台黑白電子顯微鏡，很容易鑒別出每一個細胞，但是給它們染色後，他們將會發現更多與細胞有關的重要信息。這張抽象圖的鮮豔顏色能讓研究人員弄清楚每個細胞都在做什麽。
電子顯微鏡不能分辨彩色物質，因此馬克的實驗室研發了一個工作區。他們用粘附著銀色粒子的抗體給每個細胞做標記，重點突出一個特殊化學物質所在區，例如氨基酸穀氨酸鹽。在電子顯微圖中，每個銀色粒子就是一個亮點，利用電腦很容易把這些點變成彩色。通過鑒別每種顏色，科學家就能確定這些細胞到底釋放了多少信息傳遞素。
這張特殊圖像顯示的是一個不健康的兔眼的部分區域。如果這個彩色圖案與健康兔眼的圖案不一樣，研究人員就能通過它提供的線索，斷定導致兔眼出現問題的原因。馬克和他的科研組把這種方法稱之為計算分子顯形。
