為了繪制大腦中數(shù)百萬條神經(jīng)通路和連接的圖譜，艾倫研究所的研究人員向前邁出了重要的一步，展示了小鼠大腦接線圖的新高分辨率視圖。他們的研究今天發(fā)表在《自然》雜志上，追蹤了大腦區(qū)域之間成千上萬的聯(lián)系，為研究人員更好地了解腦回路在諸如阿爾茨海默氏病和精神分裂癥等疾病和病癥中如何發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)。
大約一千個(gè)新實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的可公開獲得的數(shù)據(jù)集，代表了迄今為止哺乳動(dòng)物大腦中最詳細(xì)的連接圖，可追蹤丘腦與皮質(zhì)之間的神經(jīng)連線，丘腦與皮質(zhì)之間的神經(jīng)連接負(fù)責(zé)高級功能例如記憶力，決策能力和了解我們周圍的世界。
研究人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)了由這兩個(gè)結(jié)構(gòu)組成的不同區(qū)域之間的布線的潛在“組織結(jié)構(gòu)圖”，顯示了連接的定義順序，這是使我們的大腦tick動(dòng)的基礎(chǔ)。
“這些連接是神經(jīng)元相互交流的主要方式。大腦中復(fù)雜而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它們的不同途徑和子系統(tǒng)，可以處理我們看到的一切，我們的運(yùn)動(dòng)，記憶和感覺，”曾洪奎博士說，艾倫腦科學(xué)研究所(艾倫研究所的一個(gè)部門)結(jié)構(gòu)科學(xué)的執(zhí)行主任，該研究的高級作者。“了解大腦的連通性是了解大腦如何運(yùn)作的基礎(chǔ)。”
大腦測量師
這項(xiàng)研究描述了Allen小鼠腦部連接圖集的高分辨率擴(kuò)展，這是一種公開可用的資源，可以中等(或中尺度)分辨率捕獲鼠標(biāo)的全腦布線圖及其“連接體”。該數(shù)據(jù)集的原始迭代于2014年首次亮相，它捕獲了大腦區(qū)域之間的聯(lián)系。為了更詳細(xì)地了解哺乳動(dòng)物的大腦是如何連接的，研究人員研究了涵蓋大腦的兩個(gè)主要部分(皮層和丘腦)的特定類神經(jīng)元之間的聯(lián)系。該小組的實(shí)驗(yàn)依賴于一種經(jīng)過特殊修飾的病毒，該病毒可以追蹤神經(jīng)元的路徑，并以發(fā)光的顏色點(diǎn)亮大腦的信息路徑。
如果第一次迭代捕獲了大腦運(yùn)輸系統(tǒng)中等效的鐵軌，則此新擴(kuò)展將添加從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的特定路線-紅線和藍(lán)線的神經(jīng)版本。新獲得的數(shù)據(jù)集捕獲丘腦中的神經(jīng)元與皮層之間的連接，并使用特殊標(biāo)簽點(diǎn)亮居住在皮層不同層中的五種不同類型的神經(jīng)元。老鼠的大腦大約有8500萬個(gè)神經(jīng)元，它們構(gòu)成大約1000億個(gè)連接或突觸。尚無人繪制哺乳動(dòng)物大腦完整的逐個(gè)突觸連接圖，但捕獲不同類別細(xì)胞建立的連接可以使研究人員發(fā)現(xiàn)有關(guān)接線圖結(jié)構(gòu)的新信息。
“這是艾倫腦科學(xué)研究所的另一項(xiàng)具有里程碑意義的巡回研究，該研究解決了小鼠大腦組織的基本問題，”華盛頓大學(xué)學(xué)院的校友神經(jīng)科學(xué)教授David Van Essen博士說。圣路易斯醫(yī)學(xué)博士，艾倫腦科學(xué)研究所科學(xué)顧問。“該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲取，分析并自由共享了大量高質(zhì)量的解剖學(xué)連接數(shù)據(jù)，從而為哺乳動(dòng)物的大腦布線提供了迄今為止最廣泛的'meso-connectome'描述。”
在阿爾茨海默氏病，帕金森氏病和其他幾種腦部疾病和失調(diào)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大腦的連接發(fā)生了變化。負(fù)責(zé)連通性研究的艾倫腦科學(xué)研究所神經(jīng)解剖學(xué)副主任朱莉·哈里斯(Julie Harris)博士目前正在努力探索阿爾茨海默氏癥小鼠模型中的相似連接圖，以更好地了解接線圖-及其基礎(chǔ)組織-可能會以這種普遍的癡呆形式發(fā)生變化。
在大腦的聯(lián)系中尋找邏輯
哈里斯說：“這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生了很大的聯(lián)系，乍一看似乎一切都與一切聯(lián)系在一起。”哈里斯與《自然》雜志的首席作者，斯蒂芬·米哈拉斯(Stefan Mihalas)博士說。 ，艾倫腦科學(xué)研究所副研究員。“對我們來說，最大的問題是，您如何理解這些模式?其背后是否有邏輯?”
研究人員使用一種計(jì)算方法發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)和丘腦的不同部分可以映射到一個(gè)層次結(jié)構(gòu)中，就像公司的組織結(jié)構(gòu)圖一樣。大腦皮層中專門用于通過我們的感官收集信息的部分(例如視覺和氣味)位于底部梯級，而處理更復(fù)雜輸入的區(qū)域(例如調(diào)用由熟悉的氣味引起的記憶)位于頂部。連接在大腦的組織結(jié)構(gòu)圖中上下流動(dòng)，但是向上移動(dòng)的關(guān)系與向下移動(dòng)的關(guān)系不同。他們還發(fā)現(xiàn)，并非所有連接都遵守這些等級法則。有跡象表明，人類皮層使用相同的組織系統(tǒng)，并且由范·埃森(Van Essen)領(lǐng)導(dǎo)的先前研究表明，靈長類動(dòng)物大腦的視覺區(qū)域具有相似的層次結(jié)構(gòu)。
“這不是一個(gè)簡單的層次結(jié)構(gòu)，就像一個(gè)單步上升的順序。有許多聯(lián)系并不遵循嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)規(guī)則。但這告訴我們有關(guān)哺乳動(dòng)物這些部分可能的信息流動(dòng)的一些信息。大腦”，艾倫腦科學(xué)研究所首席科學(xué)家兼總裁Christof Koch博士說，該研究的合著者之一。“下一步將是直接觀察神經(jīng)元如何通過其電活動(dòng)傳遞信息，以確認(rèn)這種模式很重要。
標(biāo)簽：
免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！