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对神经元系统跟踪揭示了哺乳动物大脑可能的信息流的组织结构图

导读为了绘制大脑中数百万条神经通路和连接的图谱,艾伦研究所的研究人员向前迈出了重要的一步,展示了小鼠大脑接线图的新高分辨率视图。他们的

为了绘制大脑中数百万条神经通路和连接的图谱,艾伦研究所的研究人员向前迈出了重要的一步,展示了小鼠大脑接线图的新高分辨率视图。他们的研究今天发表在《自然》杂志上,追踪了大脑区域之间成千上万的联系,为研究人员更好地了解脑回路在诸如阿尔茨海默氏病和精神分裂症等疾病和病症中如何发挥作用奠定了基础。

大约一千个新实验产生的可公开获得的数据集,代表了迄今为止哺乳动物大脑中最详细的连接图,可追踪丘脑与皮质之间的神经连线,丘脑与皮质之间的神经连接负责高级功能例如记忆力,决策能力和了解我们周围的世界。

研究人员对数据进行了筛选,发现了由这两个结构组成的不同区域之间的布线的潜在“组织结构图”,显示了连接的定义顺序,这是使我们的大脑tick动的基础。

“这些连接是神经元相互交流的主要方式。大脑中复杂而复杂的网络,它们的不同途径和子系统,可以处理我们看到的一切,我们的运动,记忆和感觉,”曾洪奎博士说,艾伦脑科学研究所(艾伦研究所的一个部门)结构科学的执行主任,该研究的高级作者。“了解大脑的连通性是了解大脑如何运作的基础。”

大脑测量师

这项研究描述了Allen小鼠脑部连接图集的高分辨率扩展,这是一种公开可用的资源,可以中等(或中尺度)分辨率捕获鼠标的全脑布线图及其“连接体”。该数据集的原始迭代于2014年首次亮相,它捕获了大脑区域之间的联系。为了更详细地了解哺乳动物的大脑是如何连接的,研究人员研究了涵盖大脑的两个主要部分(皮层和丘脑)的特定类神经元之间的联系。该小组的实验依赖于一种经过特殊修饰的病毒,该病毒可以追踪神经元的路径,并以发光的颜色点亮大脑的信息路径。

如果第一次迭代捕获了大脑运输系统中等效的铁轨,则此新扩展将添加从一个点到另一个点的特定路线-红线和蓝线的神经版本。新获得的数据集捕获丘脑中的神经元与皮层之间的连接,并使用特殊标签点亮居住在皮层不同层中的五种不同类型的神经元。老鼠的大脑大约有8500万个神经元,它们构成大约1000亿个连接或突触。尚无人绘制哺乳动物大脑完整的逐个突触连接图,但捕获不同类别细胞建立的连接可以使研究人员发现有关接线图结构的新信息。

“这是艾伦脑科学研究所的另一项具有里程碑意义的巡回研究,该研究解决了小鼠大脑组织的基本问题,”华盛顿大学学院的校友神经科学教授David Van Essen博士说。圣路易斯医学博士,艾伦脑科学研究所科学顾问。“该团队已经获取,分析并自由共享了大量高质量的解剖学连接数据,从而为哺乳动物的大脑布线提供了迄今为止最广泛的'meso-connectome'描述。”

在阿尔茨海默氏病,帕金森氏病和其他几种脑部疾病和失调中,已经发现大脑的连接发生了变化。负责连通性研究的艾伦脑科学研究所神经解剖学副主任朱莉·哈里斯(Julie Harris)博士目前正在努力探索阿尔茨海默氏症小鼠模型中的相似连接图,以更好地了解接线图-及其基础组织-可能会以这种普遍的痴呆形式发生变化。

在大脑的联系中寻找逻辑

哈里斯说:“这些数据产生了很大的联系,乍一看似乎一切都与一切联系在一起。”哈里斯与《自然》杂志的首席作者,斯蒂芬·米哈拉斯(Stefan Mihalas)博士说。 ,艾伦脑科学研究所副研究员。“对我们来说,最大的问题是,您如何理解这些模式?其背后是否有逻辑?”

研究人员使用一种计算方法发现,皮质和丘脑的不同部分可以映射到一个层次结构中,就像公司的组织结构图一样。大脑皮层中专门用于通过我们的感官收集信息的部分(例如视觉和气味)位于底部梯级,而处理更复杂输入的区域(例如调用由熟悉的气味引起的记忆)位于顶部。连接在大脑的组织结构图中上下流动,但是向上移动的关系与向下移动的关系不同。他们还发现,并非所有连接都遵守这些等级法则。有迹象表明,人类皮层使用相同的组织系统,并且由范·埃森(Van Essen)领导的先前研究表明,灵长类动物大脑的视觉区域具有相似的层次结构。

“这不是一个简单的层次结构,就像一个单步上升的顺序。有许多联系并不遵循严格的层次结构规则。但这告诉我们有关哺乳动物这些部分可能的信息流动的一些信息。大脑”,艾伦脑科学研究所首席科学家兼总裁Christof Koch博士说,该研究的合著者之一。“下一步将是直接观察神经元如何通过其电活动传递信息,以确认这种模式很重要。

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