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信號，通過聽神經傳遞至大腦進行處理。聲音編碼發(fā)生在內毛細胞（IHC）與螺旋神經節(jié)細胞（SGN）之間的突觸連接處，并且能夠忠實地保留聲音的特征，如頻率、強度和時間。

上海精準醫(yī)學研究院的華云峰教授及其團隊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胞機制。在最近的一項研究中，他們結合蔡司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、高分辨的體電鏡數據，華云峰教授團隊報道了多個新發(fā)現，讓我們對噪聲引起的聽力損傷背后的病理機制有了更進一步的了解。

研究發(fā)現，不同頻率的聲音會激活耳蝸不同位置的內毛細胞，實驗使用特定頻率的噪聲造成小鼠聽力損傷，因此如何在整個耳蝸中精確定位對應的內毛細胞是研究的成敗關鍵。蔡司X射線顯微鏡對整個耳蝸進行細胞級別分辨率的三維成像，幫助我們對特定聲音頻率的內毛細胞進行準確定位，從而采集這些細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胞和對應的突觸結構進行細致的分析。
蔡司X射線顯微鏡與體表面掃描電鏡聯用，可獲得特定組織區(qū)域的高分辨體電鏡數據

最近的研究發(fā)現螺旋神經節(jié)細胞的樹突和突觸連接在形態(tài)、生理特征和分子表達方面都具有很高的多樣性，因此人們認為聲音強度信息會通過不同位置的突觸連接，由內毛細胞分級傳遞到不同的螺旋神經節(jié)細胞。這種精細的突觸連接結構對噪聲傷害非常的敏感，而且一旦受損就無法恢復，導致聲音編碼的缺陷。

在噪聲損傷動物模型中，研究人員觀察到了一部分內毛細胞與螺旋神經節(jié)細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構也發(fā)生了顯著的形態(tài)變化，說明內毛細胞突觸會發(fā)生基于神經活動的適應性改變，而非單純隨機消除一些突觸。同時，在噪聲傷害中保留下來的突觸后末梢呈現更加富集的線粒體，因此可能具有更高的鈣離子緩沖能力，從而抵御過高神經活動帶來的神經毒性的影響。

蔡司持續(xù)助力科研探索
盡管在耳蝸中已經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性仍然需要研究人員進一步的探索。華云峰教授團隊目前仍然在探索突觸前后細胞中各種細胞器的空間分布規(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識。