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Cell:成功绘制出小鼠大脑中1000个神经元的连接图谱

来源:本站原创 2019-09-16 11:56

2019年9月16日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国霍华德休斯医学研究所珍妮亚研究中心的研究人员仔细地解开了1000多个纠缠在一起的神经元,追踪了每个细胞在大脑中的分支路径,以确定它的去向和与哪些细胞连接在一起。他们报道,如果端对端放置的话,这些神经元将伸展80多米,大约相当于两辆校车的长度。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为“Reconstruction of 1,000 Projection Neurons Reveals New Cell Types and Organization of Long-Range Connectivity in the Mouse Brain”。
图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.07.042。

两年前,当Jayaram Chandrashekar和他的同事们开始他们的神经制图工作时,神经科学家对哺乳动物大脑中的哪些区域相互交谈有一个大概的想法。但是,大脑中的信息传递架构在很大程度上是一个谜。一种完整的神经回路图可以帮助科学家们更好地理解大脑是如何连接的,以及信息如何通过这种神经回路进行传播。2017年10月,神经元追踪项目团队MouseLight发布了前300个神经元的数据。如今,他们大大扩展了这个数据集,增加了700多个神经元。Chandrashekar说,“这是迄今为止此类神经元的最大数字集合。”

随着时间的推移,该团队简化了他们的神经元追踪过程。首先,他们将病毒注入小鼠大脑,让少数神经元发光。他们随后使用光学显微镜捕获被照亮的神经元的高分辨率图像。计算机程序将2万个形成的图像拼接在一起,从而形成小鼠大脑的三维图谱。Chandrashekar说道,“这就像把两万块乐高积木拼凑在一起。”与霍华德休斯医学研究所珍妮亚研究中心科学计算小组合作开发的算法和软件可以帮助科学家们追踪各个神经元的相互交织的路径。目前,追踪单个神经元大约需要一天,但是在几年前,这需要一到两周的时间。

这些初步数据揭示了关于小鼠大脑如何连接的新线索。在一些大脑区域,神经元聚集成离散的类别。在其他的大脑区域,神经元不能轻易地划分为特定类型。Chandrashekar说,这对于信息在大脑中传播的方式意味着什么还不清楚,但这是未来研究的一个目标。

尽管如此,小鼠大脑(含有大约7000万个神经元)的大部分仍然是未知的荒野。霍华德休斯医学研究所珍妮亚研究中心的Karel Svoboda估计,即使对整个大脑的连接系统有一个模糊的认识---相当于标记重要地标的旅游地图,你也需要追踪大约10万个神经元。

到目前为止,MouseLight一直专注于重建霍华德休斯医学研究所珍妮亚研究中心的科学家们正在研究的一些大脑区域---运动皮层、脑下脚、下丘脑和丘脑---中的神经元。比如,Svoboda使用MouseLight数据识别小鼠中不同的运动控制途径。

不过,该项目仍在不断发展。MouseLight团队在线分享了他们不断扩展的数据集。Chandrashekar希望其他科学家加入他们的神经元追踪工作。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Johan Winnubst et al. Reconstruction of 1,000 projection neurons reveals new cell types and organization of long-range connectivity in the mouse brain. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.07.042.

2.MouseLight project maps 1,000 neurons (and counting) in the mouse brain
https://medicalxpress.com/news/2019-09-mouselight-neurons-mouse-brain.html

3.300 neurons traced in extensive brain wiring map
https://medicalxpress.com/news/2017-10-neurons-extensive-brain-wiring.html
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