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Nature:美学者绘制三维鼠脑图

摘要 : 在老鼠的大脑中,7000万个神经细胞看起来就像是一团乱麻,但研究人员正在揭示在整个器官中传递信息的单个线程。10月27日发布的一幅名为“鼠光”的三维大脑图谱,使研究人员能够追踪单个神经细胞的路径,并最终揭示大脑是如何收集信息的。

在老鼠的大脑中,7000万个神经细胞看起来就像是一团乱麻,但研究人员正在揭示在整个器官中传递信息的单个线程。10月27日发布的一幅名为“鼠光”的三维大脑图谱,使研究人员能够追踪单个神经细胞的路径,并最终揭示大脑是如何收集信息的。

这张图谱包含了300个神经细胞,研究人员计划在明年增加700个神经细胞。“1000个神经细胞仅仅只是做了肤浅的研究。”美国弗吉尼亚州阿什伯恩市霍华德·休斯医学研究所(HHMI)詹妮拉研究校园神经学家Nelson Spruston说。

为了创建这幅图谱,Spruston和HHMI的神经科学家Jayaram Chandrashekar给小鼠的大脑注射了一些每次只能感染几个细胞的病毒,这促使啮齿动物的大脑产生了荧光蛋白。研究小组用一种含糖醇使小鼠大脑变得透明,从而获得对发光神经细胞的无障碍观察,然后他们用一部高分辨率显微镜对每个大脑进行了扫描。

最终,计算机程序创建了发光神经细胞的三维模型和它们的投影——被称为轴突,它可以长达半米,并像树一样分叉。

研究人员指出,“鼠光”三维大脑图谱已经揭示了新的信息,包括一个单一轴突可以到达数量惊人的大脑区域。例如,与味觉有关的4个神经细胞能够延伸到控制运动的大脑区域,以及与触觉有关的另一个大脑区域。

Chandrashekar说,该研究团队如今正在研究每个神经元所表达的基因,这将有助于确定它们的功能。

“这是一个巨大的项目。”Hongkui Zeng说。他是位于华盛顿州西雅图市的艾伦大脑科学研究所的分子生物学家,正计划与詹妮拉研究校园的团队展开合作。詹妮拉研究校园的这项技术类似于Zeng和同事利用基因工程技术针对小鼠开发出的一种方法,使一种特定的药物能激活少量小鼠神经细胞中的发光蛋白质。

纽约市哥伦比亚大学神经生物学家Rafael Yuste说,“鼠光”三维大脑图谱只是用来重建单个神经细胞的几种方法之一。他说,准确地给神经细胞贴上标签,例如荧光标记,很可能是为大脑中的不同细胞类型进行“细胞普查”这一最终目标所面临的关键挑战。

但Zeng指出,为了实现这个目标,研究人员可能需要重建几十万个神经细胞。“现在,这是一场数字游戏。”

近些年来,关于脑科学的研究方兴未艾,各国都在这一领域投入重兵。2013年1月和4月,欧盟和美国分别宣布投入巨资启动大脑研究计划。理解大脑的运转机制,是人类与科学面临的最大挑战之一。这两项计划的推出,将极大推动神经科学领域研究技术的创新与发展,因此被誉为人类基因组计划后最宏大的研究项目。其成果将有助于人类彻底理解大脑的运行方式,进而阐明意识的发生、思维过程等一系列科学谜题,也将为阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等大脑疾病的治疗奠定坚实基础。其中,欧盟的计划包括神经科学和信息学相互结合的研究,旨在用巨型计算机模拟整个人类大脑,而BRAIN计划则着眼于研究大脑活动中的所有神经元,绘制详尽的神经回路图谱,探索神经元、神经回路与大脑功能间的关系。

原文链接:

3D map of mouse neurons reveals complex connections

原文摘要:

The 70 million neurons in the mouse brain look like a tangled mess, but researchers are beginning to unravel the individual threads that carry messages across the organ. A 3D brain map released on 27 October, called MouseLight, allows researchers to trace the paths of single neurons and could eventually reveal how the mind assembles information.

来源: Nature 浏览次数:0

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