Những năm gần đây đã chứng kiến sự bùng nổ kỹ thuật chụp ảnh não, với mối quan tâm mới trong kỹ thuật như kính hiển vi điện tử, cho phép chúng ta quan sát và nghiên cứu kiến trúc của não bộ chi tiết chưa từng có. Nhưng đồng thời, chúng cũng đã làm sống lại những vấn đề cũ liên quan đến việc chuẩn bị mô tinh tế này trước khi lấy hình ảnh của chúng.

Thông thường, não được cố định với các tác nhân ổn định, chẳng hạn như aldehyde, và sau đó được bao bọc, hay nhúng, trong một loại nhựa. Tuy nhiên, từ giữa những năm 60, chúng ta đã biết quá trình chuẩn bị này làm cho não thu nhỏ lại nhất là 30 phần trăm. Điều này sẽ bóp méo sự hiểu biết của chúng ta về giải phẫu của não, như khoảng cách giữa các tế bào thần kinh, các cấu trúc mạch máu,…

Nghiên cứu của Graham Knott tại EPFL đã sử dụng thành công một phương pháp mới, gọi là "cố định lạnh" (cryofixation), để ngăn ngừa não co lại khi chuẩn bị cho chụp ảnh hiển vi điện tử. Phương pháp này, bắt nguồn từ năm 1965, sử dụng các tia nitơ lỏng để "đông lạnh nhanh" (snap-freeze) mô não xuống đến -90oC, trong mili giây. Các mô não sử dụng ở đây là vỏ não chuột.

Phương pháp đông lạnh nhanh có thể ngăn nước trong mô hình thành tinh thể, như trong máy làm lạnh bình thường, cũng do sử dụng áp suất rất cao. Các tinh thể nước có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến mô do làm vỡ các tế bào của nó. Nhưng trong phương pháp đông lạnh áp suất cao này, nước trở thành một loại thủy tinh, giữ được các cấu trúc và kiến trúc gốc của mô.

Bước tiếp theo là nhúng mô đông lạnh vào chất nhựa. Điều này đòi hỏi loại bỏ nước-thủy tinh và ban đầu thay bằng acetone, vẫn là chất lỏng ở nhiệt độ thấp của quá trình cố định lạnh, sau đó vài ngày, thay bằng nhựa; cho phép nó từ từ và nhẹ nhàng đẩy nước thủy tinh hóa ra khỏi não bộ.

Sau khi được cố định lạnh và nhúng, não bộ được quan sát và chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử 3D. Các nhà nghiên cứu sau đó so sánh những hình ảnh não cố định lãnh với những ảnh một bộ não cố định bằng phương pháp "hóa chất thuần túy".

Các phân tích cho thấy rằng não cố định hoá học nhỏ hơn nhiều về thể tích, cho thấy sự thâm hụt lớn không gian ngoại bào - không gian xung quanh tế bào thần kinh. Ngoài ra, các tế bào não hỗ trợ gọi là "tế bào hình sao", dường như kết nối ít hơn với tế bào thần kinh và thậm chí cả các mạch máu trong não. Và cuối cùng, các kết nối giữa các tế bào thần kinh, các khớp thần kinh, có vẻ yếu hơn đáng kể trong não cố định hóa học so với não cố định lạnh.

Các nhà nghiên cứu sau đó so sánh các kích thước của bộ não với kích thước được tính toán trong nghiên cứu chức năng - những nghiên cứu có thể đo thời gian cần cho một phân tử đi qua vùng não đó. Trước sự ngạc nhiên của các nhà nghiên cứu, các dữ liệu đều trùng nhau, bổ sung thêm bằng chứng cho thấy cố định lạnh bảo quản được giải phẫu thực sự của bộ não.

"Tất cả điều này cho chúng ta thấy rằng cố định lạnh áp suất cao là một phương pháp rất hấp dẫn cho chụp ảnh não", Graham Knott nói. Nhóm nghiên cứu hiện đang hướng tới sử dụng kỹ thuật cố định lạnh trên các phần khác của não và thậm chí với các loại mô khác.