3D打印透明頭骨讓科學(xué)家看到大腦是如何工作的

4月4日訊，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員為小鼠開發(fā)了一種獨(dú)特的3D打印透明顱骨植入物，作為觀察大腦表面實(shí)時活動的一種方式。這種被稱為See-Shell的設(shè)備可以幫助腦部疾病，如腦震蕩，阿爾茨海默氏癥和帕金森病提供新的見解。

“我們要做的是看看我們是否可以在很長一段時間內(nèi)對小鼠大腦表面的大部分區(qū)域（稱為皮層）進(jìn)行可視化和交互處理。這將為我們提供有關(guān)人類大腦如何工作的新信息?！泵髂崽K達(dá)大學(xué)Benjamin Mayhugh科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械工程助理教授Suhasa Kodandaramaiah博士說， “這項技術(shù)使我們能夠在刺激大腦某些部位的時，以前所未有的控制和精確度觀察大部分皮質(zhì)。”

傳統(tǒng)上，大多數(shù)科學(xué)家都專注于大腦的小區(qū)域，并試圖詳細(xì)了解它。然而，研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)大腦某個部位發(fā)生的事情可能同時影響大腦的其他部分。

為了制作See-Shell，研究人員對小鼠頭骨的表面進(jìn)行了數(shù)字掃描，然后使用數(shù)字掃描創(chuàng)建了一個人造透明頭骨，其輪廓與原始頭骨相同。在精確手術(shù)期間，用3D打印的透明顱骨裝置替換小鼠頭骨的頂部。該設(shè)備允許研究人員同時記錄大腦活動，同時實(shí)時成像整個大腦。

該技術(shù)使研究人員能夠以前所未有的時間分辨率首次看到全腦的變化。

這種新設(shè)備使我們能夠在最小的水平上觀察特定神經(jīng)元的大腦活動，同時隨著時間的推移獲得大部分大腦表面的圖像。開發(fā)設(shè)備并證明其有效只是人類能夠推動大腦研究的開始。

明尼蘇達(dá)大學(xué)發(fā)布的視頻展示了通過See-Shell看到的加速鼠標(biāo)腦部掃描。 “小鼠大腦亮度的變化對應(yīng)于神經(jīng)活動的上升和下降。細(xì)微的閃光是整個大腦突然變得活躍的時期。”研究人員指出。

使用這種裝置的另一個好處是鼠標(biāo)的身體沒有拒絕植入物，這意味著研究人員能夠在幾個月內(nèi)研究相同的小鼠大腦。這種大腦衰老研究需要數(shù)十年才能在人類身上進(jìn)行研究。

“這些是我們在人類身上無法做到的研究，但它們對我們對大腦如何運(yùn)作非常重要，因此我們可以為經(jīng)歷腦損傷或疾病的人提供治療。”該研究的共同作者和明尼蘇達(dá)大學(xué)教授和醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)系主任Timothy J. Ebner博士說。

該研究發(fā)表在Nature Communications上。