新发布的蓝脑项目图谱揭示了神经元类型

发布时间：2023-02-16 19:32:54 栏目：生活

导读 经过四年的研究，洛桑联邦理工学院的蓝脑项目分享了他们的小鼠大脑3D数字细胞图谱的丰富版本，其中包括更多的神经元类型。新方法可以扩展到

经过四年的研究，洛桑联邦理工学院的蓝脑项目分享了他们的小鼠大脑3D数字细胞图谱的丰富版本，其中包括更多的神经元类型。新方法可以扩展到任何其他细胞类型，并为构建小鼠大脑的组织水平模型提供资源。



了解大脑的细胞类型特定组成有助于理解每种细胞类型作为网络一部分的作用，是处理任何大规模神经回路模拟所必需的，并且是Blue Brain准确构建整个小鼠大脑数字模型的长期目标的关键。尽管如此，获得对大脑细胞组成的全面了解是一项过于复杂的任务，不仅因为文献中固有的巨大可变性，还因为构成大脑的大脑区域和细胞类型众多。

2018年，洛桑联邦理工学院的蓝脑项目提出了第一个细胞图谱模型，该模型提供了对小鼠大脑组成的估计。Blue Brain的细胞图谱(BBCAv1)的发布标志着3D数字图谱首次提供了小鼠大脑所有700多个区域中主要细胞类型，数量和位置的信息。

它提供了神经元的密度，每个区域的相关结缔组织细胞(胶质细胞)及其亚型，所有这些都以可导航和动态格式呈现，使研究人员能够贡献新数据。“当时，它填补了我们对96%的小鼠大脑区域知识的巨大空白，”Blue Brain创始人兼主任Henry Markram教授说。

近年来，出现了新的数据集和工具，根据细胞内表达的特定蛋白质提供细胞类型组成。虽然相对较快，但仅靠这些分子标记技术并不总是产生关于神经元形态(形状)和电生理特性的直接可用信息。然而，表征细胞的形态电特性非常耗时，不适合全脑扫描。因此，最好将所有各种可用的数据集汇集在一起，以便创建一个具有尽可能多的详细信息的连贯框架。

揭示抑制性神经元密度

一类值得注意的神经元，其可用的数据很少，并且用于建立BBCAv1的方法需要改进，是抑制神经元。抑制性神经元抑制其他神经元的放电，并在大脑中包装和传递信息方面发挥关键作用。它们就像神经元标点符号一样，让大脑理解信息的涌入。

从文献中收集了抑制性神经元计数的估计值，并建立了一个框架，以便将它们一致地组合到细胞图谱中。使用脑切片图像，在没有文献数据的区域也估计了抑制性神经元密度。总的来说，作者揭示了在小鼠大脑中，20%的神经元是抑制性的。

“这为将抑制性神经元细分为更细粒度的类别奠定了基础，”蓝脑的Dimitri Rodarie说，“并允许神经科学界确定可以通过其他约束来增强当前知识的领域。

神经元模型的跨物种帮助

从艾伦脑科学研究所挖掘的信息提供了基本数据，允许根据小鼠大脑中的分子，形态和电生理特性创建神经元目录。然而，为了模拟大脑区域，尤其是整个大脑，不仅需要对大脑的细胞组成进行全局理解，而且还必须创建神经元的详细生物物理模型。

在之前的出版物中，Blue Brain基于幼年大鼠体感皮层神经元的形态电数据建立了模型。由于数据来自不同的物种 - 小鼠与大鼠 - 以及不同的发育阶段，作者包括归一化步骤，以便将模型映射到艾伦研究所的细胞数据。这一步不仅允许他们为神经元模型分配分子身份，而且还用详细的神经元模型填充整个小鼠皮层。

“我们的算法有助于在物种之间画出相似之处，但也扩展了我们对研究较少的大脑区域的理解，”主要作者，Blue Brain的Yann Roussel解释说，“这个模型将使实验学家能够理解区域组成，并允许计算神经科学家在他们的模拟中放置定义的细胞类型。

用于完善细胞图谱和产生BBCAv2的新工具和方法发表在PLOS Computational Biology的两篇配套论文中，被扩展为将明确识别的类型映射到抑制性神经元亚类，为更准确地进行脑组织的计算机重建铺平了道路。

用于升级蓝脑细胞图谱的管道的数据、算法、软件和结果都是公开的。

对于Blue Brain分子系统团队负责人Daniel Keller来说，“这个版本包含了四年的研究，并包括来自生物数据的额外限制，以使结果更适合模拟。将其用于仿真使我们能够确定需要进一步改进的领域，从而允许每一代产品进行改进。

“该项目旨在让科学界参与进来，为开放获取数据、软件和工具做出贡献。我们希望BBCAv2能够用于多种目的，“作者总结道。