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封面故事:脑神经连接图

摘要 : 在美国总统巴拉克·奥巴马宣布了“使用先进革新型神经技术的人脑研究”(BRAIN)计划1年后,《自然》杂志于4月3日发表了两项研究,介绍了哺乳动物大脑中完整的基因表达图谱和神经元联系图谱。这些图谱对于研究人类大脑发育和神经回路,从而理解人类行为和认知过程的健康状态和疾病状态提供了重要资源。

在美国总统巴拉克·奥巴马宣布了“使用先进革新型神经技术的人脑研究”(BRAIN)计划1年后,《自然》杂志于4月3日发表了两项研究,介绍了哺乳动物大脑中完整的基因表达图谱和神经元联系图谱。这些图谱对于研究人类大脑发育和神经回路,从而理解人类行为和认知过程的健康状态和疾病状态提供了重要资源。

人类大脑的结构和功能在很大程度上是由胎儿时期基因转录启动的基因表达决定的,但是人们对于大脑的发育过程了解甚少。美国华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所的Ed Lein及其科研团队制作了人类胎儿妊娠中期详细的大脑基因表达图谱。该成果填补了相关空白。

另外,研究人员发现的转录标记和不同的解剖特点与发育过程相关。这些数据也识别出许多跟神经或精神障碍相关的基因表达动态。

在另一篇论文中,该研究所的曾红葵和她的同事提供了一个小鼠大脑连接图谱,此图谱是第一个哺乳动物全脑神经元连接图谱。这份详细图谱是迄今为止最全面的脊椎动物大脑连接图谱,为了解大脑的不同区域如何沟通与交流提供了新的见解。

原文链接:

A mesoscale connectome of the mouse brain

Seung Wook Oh, Julie A. Harris, Lydia Ng, Brent Winslow, Nicholas Cain, Stefan Mihalas,Quanxin Wang, Chris Lau, Leonard Kuan, Alex M. Henry, Marty T. Mortrud, Benjamin Ouellette, Thuc Nghi Nguyen, Staci A. Sorensen, Clifford R. Slaughterbeck, Wayne Wakeman, Yang Li, David Feng, Anh Ho, Eric Nicholas, Karla E. Hirokawa, Phillip Bohn,Kevin M. Joines, Hanchuan Peng, Michael J. Hawrylycz et al.

 

Comprehensive knowledge of the brain’s wiring diagram is fundamental for understanding how the nervous system processes information at both local and global scales. However, with the singular exception of the C. elegans microscale connectome, there are no complete connectivity data sets in other species. Here we report a brain-wide, cellular-level, mesoscale connectome for the mouse. The Allen Mouse Brain Connectivity Atlas uses enhanced green fluorescent protein (EGFP)-expressing adeno-associated viral vectors to trace axonal projections from defined regions and cell types, and high-throughput serial two-photon tomography to image the EGFP-labelled axons throughout the brain. This systematic and standardized approach allows spatial registration of individual experiments into a common three dimensional (3D) reference space, resulting in a whole-brain connectivity matrix. A computational model yields insights into connectional strength distribution, symmetry and other network properties. Virtual tractography illustrates 3D topography among interconnected regions. Cortico-thalamic pathway analysis demonstrates segregation and integration of parallel pathways. The Allen Mouse Brain Connectivity Atlas is a freely available, foundational resource for structural and functional investigations into the neural circuits that support behavioural and cognitive processes in health and disease.

对应Nature杂志: 2014年4月10日Nature杂志精选

来源: 中国科学报 浏览次数:389

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