研究人员使用装配有内置连续切片装置的天门蔡司场发射天门扫描电镜GeminiSEM(点击查看)对中耳蜗区域进行三维成像，并使用蔡司局部电荷补偿器消除荷电效应，以保证高质量和高稳定性的连续图片采集。

　　内毛细胞(Inner Hair Cell，IHC)是一种对听觉感知具有重要作用的高度特异化的细胞。它将声音的机械振动转换为电信号，通过细胞底部的带状突触(Ribbon synapse)将信息传递给听神经。

　　因此，带状突触的功能和结构异质性对传递不同声强的信息至关重要。但在单个内毛细胞中，带状突触的形态和分布是否具有空间梯度，线粒体网络又如何支持突触传递的局部能量需求等问题仍需科学家们探索。

　　上海交通大学医学院附属第九人民医院的华云峰研究员和中国科学院自动化研究所的韩华研究员团队合作在Neuroscience Bulletin发表了题为“Aligned Organization of Synapses and Mitochondria in Auditory Hair Cells”的研究论文[1]，建立了基于人工智能在三维超显微电镜图像中自动检测并分割带状突触与线粒体的方法，揭示了内毛细胞两种亚型在结构和功能上的差异，以及线粒体网络的组织方式与带状突触的关联(点击查看)。

　　研究人员使用11 x 11 x 40 nm和12 x 12 x 50 nm的分辨率对两个耳蜗样品成像，分别获得了体积为262 x 194 x 100 μm3和215 x 253 x 154 μm3的三维图像数据。结合图像自动检测与分割流程，研究人员对34个内毛细胞进行了三维重构，检测到643个带状突触和超过5万个线粒体，并对他们的分布和相互关系进行了全面的三维分析。

　　▲ 小鼠耳蜗内毛细胞三维电镜成像与重构。

　　在体扫描电镜出现之前，科学家们通常是使用传统的透射电子显微镜观察内毛细胞的超微结构，但单张超薄切片只能提供二维切面信息。而基于透射电镜的三维解析则通常受限于重构体积，仅能针对极少量的内毛细胞，无法获得大体量的超微结构数据。

　　本项研究中使用的装配有内置连续切片装置的蔡司场发射扫描电镜GeminiSEM，具备一种前沿的体扫描电镜技术，可实现X,Y方向上2.5nm的更优像素分辨率，并且将将超薄切片(Z方向的)精度进一步提升至15 nm，使得超高分辨的连续三维图像采集成为可能。该系统同时配备了蔡司局部电荷补偿器，在不破坏样品室高真空环境的前提下通过局部通入气体的方式对样品表面积累的电荷进行中和，消除了生物样品中令人“谈之色变“的荷电效应，保证了设备高质量长时程的连续图片采集，实现自动化、高通量、大体积的高精度三维成像。

　　▲ 蔡司场发射扫描电镜GeminiSEM(左)和全自动内置连续切片系统(右)

　　值得一提的是，研究人员曾使用本篇论文中的三维电镜数据构建了具有突触分辨率的小鼠耳蜗神经回路，揭示了内毛细胞与听神经突触连接的多样性和复杂性，结论发表于2021年的Cell Reports(点击查看)。而在本篇论文中，研究人员针对内毛细胞的带状突触和线粒体网络进行分析，从结构上揭示了内毛细胞两种亚型的差异，并建立了内毛细胞内可能的功能域划分，进一步揭示了听觉信息传递机制的结构基础[2]。