科学家绘制迄今最全小鼠大脑图谱 揭示细胞结构连接与大脑活动关系

张丽

　　中新网北京4月10日电 (记者 孙自法)施普林格·自然旗下学术期刊《自然》和《自然-方法》最新同步发表一组由“皮层网络的机器智能(MICrONS)联盟”完成的神经科学论文，科学家绘制出小鼠大脑细胞结构和连接的详细图谱，揭示了它们与小鼠大脑活动的关系。

在本研究项目中，12万个脑细胞(神经元+胶质细胞)中有一小部分被重建的示意图(图片来自艾伦研究所)。施普林格·自然 供图

　　在这一据称是迄今最全的小鼠大脑图谱上，从小鼠大脑中仅1立方毫米(约相当于一粒奇亚籽大小)的空间里，科学家们利用新开发的人工智能(AI)工具，追踪了约8.4万个神经元、超5亿个突触和约5.4公里长的神经元连接。

　　论文作者指出，虽然仅代表大脑的很小一部分，但这一高分辨率的连接图谱有助于描绘大脑的组织方式，以及不同类型的细胞如何协同工作。

　　该论文介绍，大脑是由包括神经元在内的细胞构成的细胞网络，神经元会受到刺激而激活，并通过突触连接。认知功能的基础涉及神经元激活和细胞连接之间的相互作用，为深入了解哺乳动物的大脑回路，“皮层网络的机器智能联盟”研究团队从一只小鼠的视觉皮层中生成一张大规模的神经形态和连接的高分辨率图谱，并探索了它们与功能和遗传特征的关系。

在本研究项目中，12万个脑细胞(神经元+胶质细胞)中有一小部分被重建的示意图(图片来自艾伦研究所)。施普林格·自然 供图

　　研究团队首先记录了一只在跑步机上跑步和看视觉图像的小鼠脑内约7.5万个神经元的活动。小鼠经过改造，使其神经元活跃时会发出荧光蛋白。随后，论文作者将这些数据与仅1立方毫米的小鼠视觉皮层的重建连接图进行匹配。对该样本的电子显微镜观察识别出超过20万个细胞、约8.4万个神经元和5.24亿突触连接。

　　这组论文描述了识别不同细胞、分析连接以及将布线图与神经元活动联系起来的工具。该研究工作共同提供了对大脑特定部分的描述，为这些部分如何协同工作带来了新见解。

　　论文作者指出，小鼠视觉皮层与其他哺乳动物(包括人类)有不少相似之处，因而是一个有趣且重要的研究对象，但这只是大脑的一个区域，而且还是很小的一部分。因此，研究完整回路需要更广泛的图谱，而这需要连接组学领域工具和方法的进步。

在本研究项目中，根据大型电子显微镜数据集重建的第5层Martinotti细胞(灰色)的渲染图(图片来自艾伦研究所Clare　Gamlin)。施普林格·自然 供图

　　“尽管存在这些局限性，这项工作仍标志着重大的进步，为学界未来的神经科学发现提供了宝贵的资源。”与这组论文同期发表的同行专家“新闻与观点”文章认为，“皮层网络的机器智能联盟”项目，是“史上最全面地将哺乳动物脑结构与活跃动物神经活动联系起来的数据集。”(完)