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Mikroskopie

„Erst viel später bin ich auf Formalinpräparate verfallen und habe mit Befriedigung feststellen können, dass Formalinfixierung die Doppelbrechung der markhaltigen Nervenfasern nicht verändert, dass wir also auch in Formol gehärtete und konservierte Nervenfasern … durch das Polarisationsmikroskop untersuchen und eventuelle krankhafte Veränderungen derselben wahrnehmen können.”

(K. Brodmann, J Psych Neurol, 1903).

Wir haben diese Beaobachtung ins 21. Jahrhundert gebracht, indem wir polarimetrische Technologien weiterentwickelt und an die Anforderungen der “High-Throughput Large-Scale” Polarisationsmikroskopie von haardünnen, ungefärbten Gehirnschnitten angepasst haben. Wir haben diesen Ansatz 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI) genannt, da unser Ziel ist, individuell Fasern und Trakte zu kontrastieren und ihren dreidimensionalen Verlauf über aufeinanderfolgende Gehirnschnitte hinweg zu untersuchen.

Polarimeter + FOVBildaufnahme im polarimetrischen Aufbau. Optische Filter (zwei lineare Polfilter und eine Viertelwellenplatte) werden relativ zum dazwischen liegenden Gehirnschnitt rotiert. Doppelbrechende Faserstrukturen erzeugen dabei charakteristische sinusförmige Änderungen des transmittierten Lichtes (links). Eine schnitt- und pixelweise Analyse des gemessenen sinusförmigen Signals resultiert in einer farbkodierten Beschreibung der Faserorientierungen, der sogenannten “Fiber Orientation Map” (rechts).
Copyright: INM-1, Forschungszentrum Jülich

Qualtativ hochwertige polarimetrische Messungen erfordern eine spezielle Präparation und Handhabung des zu untersuchenden Hirngewebes, um die Unversehrtheit der Myelinscheiden zu gewährleisten, die für den optischen Effekt der sogenannten Doppelbrechung im Gewebe verantwortlich sind. Es konnte gezeigt werden, dass das Gefrierschneiden von Formalin-fixiertem und mit Glycerin eingedecktem Gewebe diese Bedingungen erfüllt. Während des Schneidens werden Bilder der Blockoberfläche aufgenommen (Blockface), die später als Referenz für die Rekonstruktion der initialen Gehirnform dienen. Die erzeugten ungefärbten histologischen Gehirnschnitte werden mit unterschiedlichen polarimetrischen Setups gescannt, welche prinzipiell aus zwei rotierbaren linearen Polafiltern, einer Viertelwellen Verzögerungsplatte und einer grünwelligen Lichtquelle besteht (Abb. oben, links). Auf High-performance computing basierende Signal- und Bildverarbeitung, wie auch Simulationsansätze ermöglichen schließlich eine verlässliche Interpretation und Visualisierung der Faserarchitektur (Abb. oben, rechts).

Ausgewählte Publikationen

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Teaching NeuroImages: In vivo visualization of Edinger comb and Wilson pencils
Neurology 92(14), e1663 () [10.1212/WNL.0000000000007252]  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Ex vivo visualization of the trigeminal pathways in the human brainstem using 11.7T diffusion MRI combined with microscopy polarized light imaging
Brain structure & function 224(1), 159-170 () [10.1007/s00429-018-1767-1]  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
The hippocampus of birds in a view of evolutionary connectomics
Cortex 118, 165 () [10.1016/j.cortex.2018.09.025] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Decoding the microstructural correlate of diffusion MRI
NMR in biomedicine 32(4), e3779 () [10.1002/nbm.3779]  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Derivation of Fiber Orientations From Oblique Views Through Human Brain Sections in 3D-Polarized Light Imaging
Frontiers in neuroanatomy 12, 75 () [10.3389/fnana.2018.00075] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Post-mortem inference of the human hippocampal connectivity and microstructure using ultra-high field diffusion MRI at 11.7 T
Brain structure & function 223(5), 2157–2179 () [10.1007/s00429-018-1617-1] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Diattenuation of Brain Tissue and its Impact on 3D Polarized Light Imaging
Biomedical optics express 8(7), 3163-3197 () [10.1364/BOE.8.003163] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Direct Visualization and Mapping of the Spatial Course of Fiber Tracts at Microscopic Resolution in the Human Hippocampus
Cerebral cortex 27(3), 1779-1794 () [10.1093/cercor/bhw010]  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
3D Reconstructed cyto- muscarinic M2 receptor, and fiber archtiecture of the rat brain registered to the Waxholm Space Atlas
Frontiers in neuroanatomy 10, 51 () [10.3389/fnana.2016.00051] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Estimating Fiber Orientation Distribution Functions in 3D-Polarized Light Imaging
Frontiers in neuroanatomy 10, 40 () [10.3389/fnana.2016.00040] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
A multiscale approach for the reconstruction of the fiber architecture of the human brain based on 3D-PLI
Frontiers in neuroanatomy 9, 118 () [10.3389/fnana.2015.00118] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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E-Mail: m.axer@fz-juelich.de

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