耳蝸是哺乳動(dòng)物感知外界聲音的重要器官。聲音信息在耳蝸中被編碼成神經(jīng)信號(hào)，通過聽神經(jīng)傳遞至大腦進(jìn)行處理。聲音編碼發(fā)生在內(nèi)毛細(xì)胞（IHC）與螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（SGN）之間的突觸連接處，并且能夠忠實(shí)地保留聲音的特征，如頻率、強(qiáng)度和時(shí)間。

上海精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院的華云峰教授及其團(tuán)隊(duì)致力于使用體電鏡分析突觸形態(tài)，從而了解大腦功能障礙和疾病背后的細(xì)胞機(jī)制。在最近的一項(xiàng)研究中，他們結(jié)合蔡司X射線顯微鏡（查看更多）和體表面蔡司sem掃描電鏡（查看更多），對(duì)耳蝸特定區(qū)域進(jìn)行成像，比較了噪聲聽力損傷小鼠和健康小鼠耳蝸中突觸的形態(tài)和空間分布特征。通過收集并分析大體積、高分辨的體電鏡數(shù)據(jù)，華云峰教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了多個(gè)新發(fā)現(xiàn)，讓我們對(duì)噪聲引起的聽力損傷背后的病理機(jī)制有了更進(jìn)一步的了解。

研究發(fā)現(xiàn)，不同頻率的聲音會(huì)激活耳蝸不同位置的內(nèi)毛細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)使用特定頻率的噪聲造成小鼠聽力損傷，因此如何在整個(gè)耳蝸中精確定位對(duì)應(yīng)的內(nèi)毛細(xì)胞是研究的成敗關(guān)鍵。蔡司X射線顯微鏡對(duì)整個(gè)耳蝸進(jìn)行細(xì)胞級(jí)別分辨率的三維成像，幫助我們對(duì)特定聲音頻率的內(nèi)毛細(xì)胞進(jìn)行準(zhǔn)確定位，從而采集這些細(xì)胞的體表面掃描電鏡三維圖像，在納米級(jí)分辨率下對(duì)這些細(xì)胞和對(duì)應(yīng)的突觸結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的分析。
蔡司X射線顯微鏡與體表面掃描電鏡聯(lián)用，可獲得特定組織區(qū)域的高分辨體電鏡數(shù)據(jù)

最近的研究發(fā)現(xiàn)螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的樹突和突觸連接在形態(tài)、生理特征和分子表達(dá)方面都具有很高的多樣性，因此人們認(rèn)為聲音強(qiáng)度信息會(huì)通過不同位置的突觸連接，由內(nèi)毛細(xì)胞分級(jí)傳遞到不同的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。這種精細(xì)的突觸連接結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲傷害非常的敏感，而且一旦受損就無法恢復(fù)，導(dǎo)致聲音編碼的缺陷。

在噪聲損傷動(dòng)物模型中，研究人員觀察到了一部分內(nèi)毛細(xì)胞與螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞之間的突觸減少和這些突觸的空間分布規(guī)律，而保留下來的突觸結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著的形態(tài)變化，說明內(nèi)毛細(xì)胞突觸會(huì)發(fā)生基于神經(jīng)活動(dòng)的適應(yīng)性改變，而非單純隨機(jī)消除一些突觸。同時(shí)，在噪聲傷害中保留下來的突觸后末梢呈現(xiàn)更加富集的線粒體，因此可能具有更高的鈣離子緩沖能力，從而抵御過高神經(jīng)活動(dòng)帶來的神經(jīng)毒性的影響。

蔡司持續(xù)助力科研探索
盡管在耳蝸中已經(jīng)觀察到了對(duì)噪聲影響敏感的突觸特征，但是如何建立并維持突觸異質(zhì)性仍然需要研究人員進(jìn)一步的探索。華云峰教授團(tuán)隊(duì)目前仍然在探索突觸前后細(xì)胞中各種細(xì)胞器的空間分布規(guī)律，使用蔡司X射線顯微鏡可以在整體組織中定位特殊區(qū)域，結(jié)合蔡司體掃描電鏡的三維高分辨成像會(huì)讓我們對(duì)這些問題獲得更深入的認(rèn)識(shí)。