明尼苏达大学开发3D打印透明颅骨植入物 解密小鼠大脑如何工作

2019年4月4日消息，明尼苏达大学的研究人员为小鼠开发了一种独特的3D打印透明颅骨植入物，作为观察大脑表面实时活动的一种方式。 这种被称为See-Shell的设备可以为脑部疾病，如脑震荡，阿尔茨海默氏症和帕金森病提供新的见解。

△ a图：See-Shells植入后6周和36周小鼠大脑的照片，比例尺为2毫米。

b图：See-Shells植入后10周和30周小鼠大脑的照片，比例尺为2毫米。

c图：与年龄匹配的非手术小鼠对照，长期植入See-Shells 5周的小鼠的免疫组织学分析

d图：在See-Shell植入和非手术对照小鼠中在21个区域（ROI）中测量的平均GFAP荧光的点图

该研究的合作者、明尼苏达大学科学与工程学院机械工程助理教授Suhasa Kodandaramaiah表示：“我们要做的是看看我们是否可以在很长一段时间内对小鼠大脑表面的大部分区域（称为皮层）进行可视化和交互。这将为我们提供有关人类大脑如何工作的新信息。这项技术使我们能够在刺激大脑某些部位的同时，以前所未有的控制和精确度观察大部分皮质。”

传统上，大多数科学家都专注于大脑的小区域，并试图详细了解它。然而，研究人员现在发现大脑某个部位发生的事情可能同时影响大脑的其他部分。

为了制作See-Shell，研究人员对小鼠头骨的表面进行了数字扫描，然后使用数字扫描创建了一个人造透明头骨，其轮廓与原始头骨相同。在精确手术期间，用3D打印的透明颅骨装置替换小鼠头骨的顶部。该设备允许研究人员同时记录大脑活动，同时实时成像整个大脑。

Kodandaramaiah说：“这种新设备使我们能够在最小的水平上观察特定神经元的大脑活动，同时随着时间的推移获得大部分大脑表面的大图。”

大学发布的视频展示了通过See-Shell看到的鼠脑部。 “小鼠大脑亮度的变化对应于神经活动的上升和下降。细微的闪光是整个大脑突然变得活跃的时期，”研究人员指出。

使用这种装置的另一个好处是小鼠的身体没有拒绝植入物，这意味着研究人员能够在几个月内研究相同的小鼠大脑。这种大脑衰老研究需要数十年才能在人类身上进行研究。

“这些是我们在人类身上无法做到的研究，但它们对我们对大脑如何运作非常重要，因此我们可以为经历脑损伤或疾病的人提供治疗，”该研究的共同作者Timothy J. Ebner博士说。

该研究发表在Nature Communications上。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09488-0