耳蝸是哺乳動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，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射線顯微鏡對整個(gè)耳蝸進(jìn)行細(xì)胞級別分辨率的三維成像，幫助我們對特定聲音頻率的內(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，在納米級分辨率下對這些細(xì)胞和對應(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)度信息會通過不同位置的突觸連接，由內(nèi)毛細(xì)胞分級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)胞突觸會發(fā)生基于神經(jīng)活動的適應(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讓我們對這些問題獲得更深入的認(rèn)識。