大脑如何有线:新的高分辨率映射[视频]

脑连接

这张图片显示的是老鼠大脑的单个部分。感觉皮层某一层的神经元(右侧非常密集的黄色)用绿色荧光标记,追踪这些细胞在整个大脑中产生的所有通路。当这些轴突到达它们的皮层目标时,它们会在皮层各层形成突触,这些突触具有不同的模式,与信息传递的方向相关。信贷:艾伦研究所

系统追踪神经元连接如何揭示哺乳动物大脑的可能信息流的“org图表”。

在他们寻求映射大脑中的数百万神经高速公路和联系中,艾伦研究所的研究人员向前迈出了重要的一步,揭示了鼠标脑的接线图的新高分辨率视图。他们的学习,这是发表2019年10月30日,在期刊自然,追踪大脑地区之间的数千个连接,为研究人员奠定了基础,以更好地了解脑电路如何在疾病和疾病中出错老年痴呆症疾病和精神分裂症。

从大约1000项新实验中得到的公开数据集,代表了迄今为止哺乳动物大脑中最详细的连接图,追踪了丘脑和皮层之间及内部的神经连接,皮层是哺乳动物大脑的最外层,负责记忆等高级功能,做决定,了解我们周围的世界。

通过数据来筛选,研究人员在包括这两个结构的不同区域中的布线中发现了一个底层的“org图表”,显示了与使我们的大脑蜱的基础的连接的定义顺序。

“这些连接是神经元彼此通信的主要方式。大脑中的细节和复杂的网络,他们不同的途径和子系统,处理我们所看到的一切,我们的运动,记忆和感受,“艾伦大脑科学研究所的结构化科学执行董事博士说,艾伦研究所的司,研究的高级作者。“了解大脑的连接是理解大脑如何运作的基础。”

大脑的测量师

这项研究描述了对艾伦小鼠大脑连接图谱的高分辨率扩展,该图谱是一种公开可用的资源,以中等(或中尺度)分辨率捕获了小鼠的“连接体”的全脑连接图。该数据集的最初迭代于2014年首次亮相,它捕获了大脑各区域之间的连接。为了更详细地了解哺乳动物的大脑是如何连接的,研究人员研究了特定类别的神经元之间的联系,这些神经元覆盖了大脑的两个主要部分——皮层和丘脑。研究小组的实验依赖于一种特殊的修改过的病毒,这种病毒可以追踪神经元的路径,用发光的颜色照亮大脑的信息路径。

如果第一次迭代捕获了大脑的过境系统中的铁路轨迹,则这种新的扩展将特定路由从一个点添加到另一个点 - 红线和蓝线的神经版本。新收购的数据集在丘脑和皮质之间的神经元之间捕获了连接,使用特殊标签来升高五种不同的神经元,居住不同层的皮质。小鼠脑具有大约8500万神经元,使大约1000亿个连接或突触。没有人尚未映射哺乳动物大脑的完整突触y突触结合,但捕获不同类别的细胞所做的连接允许研究人员揭示有关如何组织接线图的新信息。

“这是另一个地标,来自血脑科学研究所的另一个地标,巡回演出研究,这些研究所在鼠标中讨论了脑组织的基本问题,”校友校友校友诺德·斯坦斯大学学校神经科学教授圣路易斯医学与大脑科学研究所的科学顾问。“该团队已获得,分析,并自由共享大量的高质量解剖连接数据,从而为任何哺乳动物大脑接线的日期提供最广泛的”中学结合物“的描述。”

在阿尔茨海默病,帕金森和其他几种脑病和疾病中,已经看到脑连接的改变。Julie Harris, Ph.D., Associate Director of Neuroanatomy at the Allen Institute for Brain Science, who led the connectivity study, is now leading an effort exploring a similar map of connections in a mouse model of Alzheimer’s to better understand how the wiring diagram — and its underlying organization — might change in this prevalent form of dementia.

在大脑连接中找到逻辑

“从这些数据中得出的是一大堆乱七八糟的连接,乍一看似乎一切都与一切相连,”哈里斯说,他是这项研究的联合第一作者自然文章与斯特凡·米哈拉斯,博士,博士学位大脑科学研究所的助理调查员。“我们的大问题是,你如何理解这些模式?它背后有没有逻辑吗?“

使用计算方法,研究人员发现,Cortex和Thalamus的不同部分可以映射到层次结构中,就像公司的组织图表一样。通过我们的感官收集的信息的部分皮质,如愿景和气味,都在底部梯级,以及处理更复杂的输入的地区,如熟悉的香味所引起的记忆 - 坐在顶部。连接在大脑的磁体图表上下流动,但向上移动的连接与下降的连接不同。他们还发现并非所有连接都尊重这些分层法。有些提示人类皮质使用相同的组织系统,并通过Van Essen领导的先前研究在灵长类大脑的视觉区域中显示了类似的层次结构。

“这不是一个简单的层次结构,就像一个单向升序步骤的单向序列。有很多连接不遵循严格的分层规则。但这告诉我们哺乳动物大脑中这些部分可能的信息流动,“博士学位,博士学位,博士学位,博士学位,艾伦大脑科学研究所和学习共同作者之一的首席科学家和主席。“下一步将是直接看看神经元通过其电气活动的信息如何证实这种模式很重要。”

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参考:《皮层和丘脑连接的等级组织》作者:Julie A. Harris, Stefan Mihalas, Karla E. Hirokawa, Jennifer D. Whitesell, Hannah Choi, Amy Bernard, Phillip Bohn, Shiella Caldejon, Linzy Casal, Andrew Cho, Aaron Feiner, David Feng, Nathalie Gaudreault, Charles R. Gerfen, Nile Graddis, Peter A. Groblewski, Alex M. Henry,安Ho,罗伯特·霍华德·约瑟夫·e·诺克斯,伦纳德矿14旷,菲尔决战,杰罗姆•Lecoq桃之夭,Jennifer Luviano斯蒂芬•McConoughey马蒂·t·Mortrud Maitham Naeemi,莉迪亚Ng Seung钟旭哦,本杰明Ouellette),沈伊莉斯,Staci a·索伦森韦恩韦克曼Quanxin Wang云,阿里•Williford约翰·w·菲利普斯,艾伦·r·琼斯,科赫(Christof Koch)和曾宏奎(Hongkui Zeng) 2019年10月30日自然
DOI: 10.1038 / s41586 - 019 - 1716 - z

本出版物中描述的研究得到了国家心理健康研究所编号u19mhh114830的支持,国家心理健康研究所编号U01MH105982的支持,尤妮斯·肯尼迪·施莱佛国家儿童健康与人类发展研究所编号U01MH105982的支持,国家老龄研究所编号R01AG047589的支持,所有的国立卫生研究院内容完全由作者负责,不一定代表国立卫生研究院的官方观点。

6个评论关于“大脑是如何连接的:一种新的高分辨率地图[视频]”

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