新研究欲摸清“大脑中路、每栋房和每扇门”

新研究旨在了解“大脑中的每条道路、每间房屋和每扇门”

【今日观点】

◎本报记者 张梦然

在过去的几年里，越来越清楚的是，大多数大脑的计算实际上不是发生在孤立的区域，而是发生在整个大脑的分布式网络中。 因此，如果我们真的想了解大脑中计算是如何发生的，我们需要了解整个网络，即看到整个大脑的连接。

哺乳动物大脑中所有连接的完整图谱现在可能就在眼前。

艾伦大脑研究所（以下简称“艾伦大脑研究所”）刚刚启动了三个新项目，旨在构建小鼠和猕猴大脑部分神经元连接的大规模详细图谱，着眼于创建这些动物的大脑。未来的动物 完成“接线图”。 这些项目由美国国立卫生研究院 (NIH) 大脑研究计划推进创新神经技术 (BRAIN) 计划资助。

大脑中每条路的“导航图”

第一项研究是从透射电子显微镜开始的。

这是一种通过组织样本发送电子束以创建极其详细的图像的技术。 现在，科学家们将扩展和优化透射电子显微镜管道，然后用它以 120 纳米分辨率对小鼠大脑的整个半球和皮质基底节-丘脑环进行非常精细的成像，以更好地了解微生物组。 小鼠大脑的功能。

然后研究人员可以测试该技术是否可以进一步对整个小鼠大脑进行成像——这是一项重大成就，可以为全球神经科学提供有价值的路线图。

艾伦大脑研究所副研究员努诺·达·科斯塔博士指出，这将对更广泛的领域产生巨大影响，因为它就像“大脑中每条路、每栋房子、每扇门的导航地图”。 如果做得好，将是一个深远的贡献。

几年而不是一个世纪完成

在第二个项目中，科学家将通过追踪轴突和树突延伸并连接到其他脑细胞时形成的“蛇形路径”来绘制全脑连接图。

人们可以将它们视为脑细胞的长臂和手指，从细胞体向外辐射并延伸到整个大脑的其他细胞以形成网络。 研究人员将使用一种名为 BARseq 的创新技术来追踪这些复杂的通路，BARseq 代表通过测序解析的条形码解剖结构。

它的工作原理是用独特的 RNA 条形码标记每个细胞，使其在细胞群中脱颖而出。 通过“连接每个条形码之间的点”，科学家可以追踪脑细胞（即轴突和树突）延伸的位置和距离。

这比当前的其他技术更快、更高效，并且可以轻松地与其他数据相结合。 艾伦脑研究所助理研究员陈小银说：“实际上，我们可以在几年而不是 100 年的时间内绘制出整个猕猴大脑的图谱。”

连接数据共享结果

最后，将细胞类型与全脑图谱联系起来是理解大脑功能的关键一步。 因此，在第三个项目中，研究人员将通过扩展和共享测量整个小鼠大脑中两个数据集共有特征的技术来连接遗传数据集。

新项目旨在增强艾伦脑研究所使用的名为 patch-seq 的方法，通过自动化、机器视觉建模和先进计算技术生成多维数据并从全脑图像中捕获数据。 神经元的完整结构。

该项目还旨在与研究人员更广泛地分享结果，以便该领域的专家都能为表征整个小鼠大脑的细胞类型做出贡献。

艾伦大脑研究所神经解剖学副主任 Staci Sorenson 表示，通过基于机器学习的方法，人们可以创建这些深度神经网络，将形态描述与转录组学、连接组数据和远程投影数据结合起来。 “我们对迄今为止所获得的结果感到非常兴奋。我认为它在细胞亚类水平上特别有效，”他说。 （科技日报）