完美攻克脑微观重建难关，只要5步就可以做到
2018/6/18 7:00:00 科学大院
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中国科学院自动化研究所微观重建与智能分析团队研发的突触水平神经大数据重建与分析平台已建立标准化工程流程和智能化分析系统，具备国内最高通量的显微成像能力、大数据的自动分析能力，这一平台将为突触水平脑微观重建提供完整解决方案。
突触水平神经大数据重建与分析平台(视频截图)
该平台主要包括样品制备、自动切片、显微成像、图像合成以及三维重建五大核心功能。
一、样品制备
平台建立了完善的生物电镜制样系统，在进行生物学解剖后利用大视场光学或荧光显微镜对组织样品进行镜检，以保证取材结构完好、功能表达显著，进而将组织进行生物电镜制样获得完美样品包埋块。
对组织样品进行镜检(视频截图)
二、自动切片
获得完好的组织样品后，利用纳米尺度超薄切片机对树脂包埋的样品进行连续超薄切片，并通过传送带对超薄切片进行自动化收集，该系统解决了大体量生物序列超薄切片的制备和收集问题，目前平台切片厚度最低可达30纳米，连续切片数量可实现5000片不丢片。现已完成果蝇视叶、斑马鱼脑、鼠脑样品的自动切片与收集工作。
纳米尺度超薄切片机(视频截图)
三、显微成像
为提高大体量超薄序列切片电镜图像获取能力，平台自主研发了高通量扫描电镜三维成像系统，通过电镜探测器优化设计、序列成像稳定控制和实时在线配准系统设计大幅提高成像效率，较传统电镜提高了1-2个数量级，单台成像数据最高可达2TB/天，技术指标可与国际先进系统进行对标比较。中科院自动化所与聚束科技(北京)有限公司建立“超高速电镜成像与智能分析联合实验室”致力于推此前沿学科领域的突破创新。
高通量扫描电镜三维成像系统(视频截图)
四、图像合成
为克服超薄序列切片电镜图像中非线性形变，平台自主研发了生物组织序列切片三维配准技术，以保证后续神经结构识别的正确性。现阶段已完成国内首套线虫、果蝇蘑菇体竖直叶、斑马鱼头部和鼠脑序列切片的配准。
生物组织序列切片三维配准技术(视频截图)
五、三维重建
为突破大体量数据自动分析的限制，中科院自动化所依据神经元细胞的形态特征，设计了多种深度神经网络进行神经元自动检测，研发了一套从电镜图像数据中快速检测定位突触、线粒体和神经元的算法集，有效解决了自动检测和形态重建的困难，大幅降低了重建工程的时间消耗，为大体量神经微观重建提供了更多可能。
自动检测和形态重建的三维图(视频截图)
(文章首发于科学大院，转载请联系cas@cnic.cn)
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