神奇！小鼠大腦的3D圖譜竟然是這樣

該圖像揭示了許多引人注目的解剖特征。

Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework （CCFv3）是基于雙光子斷層掃描技術繪制而成的一個完整的、高分辨率的小鼠大腦3D圖譜。

經(jīng)過三年的數(shù)據(jù)收集和繪制工作，制圖完成了。

圖自Allen Institute for Brain Science

如此復雜的圖形中，包括所有的峰谷和邊界，其對象實則只有大約半英寸長，重量甚至小于一顆果凍。

2020年5月7日發(fā)表于《細胞》雜志上的一項研究中，Allen研究所完成了這一制圖壯舉——the Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework（CCFv3）的第三個版本，一個完整的、高分辨率的老鼠大腦3D圖譜。

繪制者表示，該框架旨在成為神經(jīng)科學界的一個參考點。小鼠在生物醫(yī)學研究中有著廣泛的應用，它們的大腦中包含大約1億個細胞，每個細胞跨越數(shù)百個不同的區(qū)域。隨著神經(jīng)科學數(shù)據(jù)集越來越龐大和復雜，一個共有的大腦基礎空間圖便越來越重要，它能將許多不同類型的數(shù)據(jù)精確地在一個共同的3D空間中關聯(lián)起來。

你可以把它想象成是手機里全球定位系統(tǒng)的神經(jīng)科學。GPS（新的大腦地圖）會告訴你位置，而不是根據(jù)你周圍看到的東西在紙質(zhì)地圖上手動搜索。由于數(shù)據(jù)集包含數(shù)千或數(shù)百萬條不同的信息，這組共同的坐標以及為它們找到對應的大腦坐標便至關重要。

“過去，人們用眼睛定義大腦的不同區(qū)域。隨著數(shù)據(jù)越來越多，人工管理不再適用，”Allen腦科學研究所技術部高級主任Lydia Ng說道。

促進全腦的研究

全腦CCFv3的基礎是2016年發(fā)布的部分腦，該版本繪制了老鼠的整個大腦皮層，即大腦最外層。以前的圖集分辨率低，而CCFv3的分辨率足夠高到可以精確定位單個細胞的位置。最新的全腦圖譜已向社會公開，數(shù)個神經(jīng)科學團隊已經(jīng)將其投入使用。

CCFv3的某角度視圖。該高分辨率圖譜根據(jù)多種數(shù)據(jù)，將小鼠大腦劃分成了不同的區(qū)域。

圖自Allen Institute for Brain Science

華盛頓大學的助理教授、Allen腦科學研究所的Nick Steinmetz博士近期在一項研究中使用了該圖譜，該研究觀察了老鼠在實驗室測試中，選擇不同圖像時的神經(jīng)元活動。這項研究使用了一種微小的電探針，可以同時捕捉幾個不同的腦部區(qū)域中數(shù)百個神經(jīng)元的活動。

他們分析數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，很明顯，大腦中參與視覺選擇的部分比之前所意識到的要更多。他們必須從全局出發(fā)，利用CCFv3獲得最終結(jié)果。

Steinmetz表示：“這份地圖是一個非常必要的資源，它使我們能夠在全腦水平上進行研究。當你需要對大腦的上百個地點做記錄時，就需要引入一種全新的調(diào)查尺度。你必須站在更高的角度，而CCF讓這一點有了實現(xiàn)的可能性?！?/p>

不斷發(fā)展的地圖集

為了制作這份地圖，研究人員將大腦分割成微小的虛擬三維塊，稱為體素，并給每個塊分配一個獨特的坐標。輸入到三維結(jié)構中的這些數(shù)據(jù)來自近1700種不同動物的大腦解剖數(shù)據(jù)。研究小組將每個體素分配到老鼠大腦中數(shù)百個不同的已知區(qū)域中，并在不同區(qū)域之間畫出邊界。

此前的大腦圖譜是用二維的方式繪制的，以不同深度的腦片狀視圖排列。對于某些類型的數(shù)據(jù)，這種大腦映射足以。但是對于現(xiàn)代的神經(jīng)科學研究來說，若要觀察整個大腦中的神經(jīng)元活動或細胞特征，3D圖譜則能提供更有效的幫助。

“正如我們現(xiàn)在所知的，地圖集應該是不斷進化的資源。隨著我們對大腦的了解越來越深，我們將需要對其進行更新，”Harris表示，“以一種自動、不偏不倚的方式建立地圖集是這個領域未來延伸的方向?！?/p>

蝌蚪五線譜編譯自scitechdaily，譯者狗格格，轉(zhuǎn)載須授權