神奇!小鼠大脑的3D图谱竟然是这样

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-05-14

该图像揭示了许多引人注目的解剖特征。

Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework (CCFv3)是基于双光子断层扫描技术绘制而成的一个完整的、高分辨率的小鼠大脑3D图谱。

经过三年的数据收集和绘制工作,制图完成了。

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图自Allen Institute for Brain Science

如此复杂的图形中,包括所有的峰谷和边界,其对象实则只有大约半英寸长,重量甚至小于一颗果冻。

2020年5月7日发表于《细胞》杂志上的一项研究中,Allen研究所完成了这一制图壮举——the Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework(CCFv3)的第三个版本,一个完整的、高分辨率的老鼠大脑3D图谱。

绘制者表示,该框架旨在成为神经科学界的一个参考点。小鼠在生物医学研究中有着广泛的应用,它们的大脑中包含大约1亿个细胞,每个细胞跨越数百个不同的区域。随着神经科学数据集越来越庞大和复杂,一个共有的大脑基础空间图便越来越重要,它能将许多不同类型的数据精确地在一个共同的3D空间中关联起来。

你可以把它想象成是手机里全球定位系统的神经科学。GPS(新的大脑地图)会告诉你位置,而不是根据你周围看到的东西在纸质地图上手动搜索。由于数据集包含数千或数百万条不同的信息,这组共同的坐标以及为它们找到对应的大脑坐标便至关重要。

“过去,人们用眼睛定义大脑的不同区域。随着数据越来越多,人工管理不再适用,”Allen脑科学研究所技术部高级主任Lydia Ng说道。

促进全脑的研究

全脑CCFv3的基础是2016年发布的部分脑,该版本绘制了老鼠的整个大脑皮层,即大脑最外层。以前的图集分辨率低,而CCFv3的分辨率足够高到可以精确定位单个细胞的位置。最新的全脑图谱已向社会公开,数个神经科学团队已经将其投入使用。

CCFv3的某角度视图。该高分辨率图谱根据多种数据,将小鼠大脑划分成了不同的区域。

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图自Allen Institute for Brain Science

华盛顿大学的助理教授、Allen脑科学研究所的Nick Steinmetz博士近期在一项研究中使用了该图谱,该研究观察了老鼠在实验室测试中,选择不同图像时的神经元活动。这项研究使用了一种微小的电探针,可以同时捕捉几个不同的脑部区域中数百个神经元的活动。

他们分析数据时发现,很明显,大脑中参与视觉选择的部分比之前所意识到的要更多。他们必须从全局出发,利用CCFv3获得最终结果。

Steinmetz表示:“这份地图是一个非常必要的资源,它使我们能够在全脑水平上进行研究。当你需要对大脑的上百个地点做记录时,就需要引入一种全新的调查尺度。你必须站在更高的角度,而CCF让这一点有了实现的可能性。”

不断发展的地图集

为了制作这份地图,研究人员将大脑分割成微小的虚拟三维块,称为体素,并给每个块分配一个独特的坐标。输入到三维结构中的这些数据来自近1700种不同动物的大脑解剖数据。研究小组将每个体素分配到老鼠大脑中数百个不同的已知区域中,并在不同区域之间画出边界。

此前的大脑图谱是用二维的方式绘制的,以不同深度的脑片状视图排列。对于某些类型的数据,这种大脑映射足以。但是对于现代的神经科学研究来说,若要观察整个大脑中的神经元活动或细胞特征,3D图谱则能提供更有效的帮助。

“正如我们现在所知的,地图集应该是不断进化的资源。随着我们对大脑的了解越来越深,我们将需要对其进行更新,”Harris表示,“以一种自动、不偏不倚的方式建立地图集是这个领域未来延伸的方向。”


蝌蚪五线谱编译自scitechdaily,译者狗格格,转载须授权

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