 艾伦研究所(Allen Institute)的科学家正致力于建立一个大脑细胞类型的“周期表”。 在这项研究中，研究人员仔细分析了老鼠大脑中的数百个细胞，并根据它们的形状和电活动对它们进行了分类。为了了解我们的大脑，科学家需要知道它们的组成部分。这一主题是神经科学日益努力的基础，目的是定义大脑的不同组成部分——大脑细胞。 用老鼠的8000万个神经元和我们的860亿个神经元，对这些微妙的、微小的构件进行分类是一项不小的壮举。艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)今天在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上发表的一项新研究，根据老鼠神经元的两个重要特征——它们的三维形状和它们的电行为，描述了老鼠神经元类型的大量概况。艾伦研究所(Allen Institute)通过对脑细胞类型的大规模探索，发现了大脑的“元素周期表”。 研究人员希望对健康哺乳动物大脑中的细胞类型有更好的了解，这将为揭示人类大脑紊乱和疾病的细胞类型奠定基础。 如果你想到经典元素周期表，化学元素可以用很多方式来描述和排序:它们的质量，它们的化学性质，不管它们是不是金属。神经科学家也面临着类似的挑战。一个特定的神经元会有许多不同的个性特征来区别于其他类型的神经元:它的形状，它的行为，它所开启的一组独特的基因，它在大脑中的位置，它与其他类型的细胞相互作用。 如何定义单元格类型? 艾伦研究所下属艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)结构科学执行主任、该研究的资深作者曾红奎(Hongkui Zeng)博士说，要理解单细胞类型的作用，研究人员需要探究所有细胞的这些属性。 他曾说:“细胞类型是一组细胞，它们彼此具有相似的功能特性，但我们不知道所有这些特性是什么。”“我们不应该只关注单一的功能;我们需要尽可能多地研究这些细胞的特征，看看它们之间是否一致。” 在这项研究中,研究小组通过神经元分类视觉处理的小鼠大脑的一部分找到几十个不同的大脑细胞类型,仔细分析接近2000个神经元的电活动和详细的三维形状(也称为形态)近500相同的细胞。研究人员还发现，这些新的细胞类型类别与去年发表的一项补充研究的类别一致。 在早期的研究中，艾伦研究所的研究人员使用基因表达，或任何一个细胞中被激活的基因列表，将将近2.4万个脑细胞分成不同的类型。 不同的功能产生相似的细胞类型组给研究人员的信心,他们在正确的轨道上分类,指出:索伦森,博士,神经形态学的团队在艾伦脑科学研究所,是作者在研究和Nathan Gouwens博士和吉姆·伯格博士。索伦森说:“如果我们对一个细胞的多种特性进行比对，我们就会更有信心，认为我们拥有一种具有生物学意义的细胞类型。” 为什么细胞的形状和活动很重要 它们的活动和形状也为研究人员提供了线索，让他们了解单个细胞在大脑神经回路的大背景下在做什么。电信号使用脉冲，即所谓的尖峰或动作电位，是神经元与每一个神经元之间交流的普遍方式。不同的神经元被调优，以发送和接收这种尖峰的不同模式。 理解这些信号有助于研究人员重建这些神经元如何在电路中与其他神经元连接。它们的形状也提供了线索。 艾伦研究所(Allen Institute)的计算神经学家古文斯(Gouwens)说，“一个细胞的形状代表着它如何与其他细胞连接。”“我们关心细胞之间是如何连接的，因为这是它们形成处理信息的回路的方式。” 社区数据 研究人员希望这些公开的数据，连同有关脑细胞类型基因表达的数据——所有这些都是艾伦细胞类型数据库的一部分——将有助于对健康和疾病中的特定细胞类型进行更深入的研究。如果一个研究小组有兴趣在一个特定的疾病相关基因在大脑中,例如,他们可以看到细胞基因已被打开,或表达,然后探索这些神经元的形状和活动形成新的假设关于疾病的基因可能行为,可能会出错,如果基因突变或失踪。 “他们可以对基因功能障碍如何改变细胞类型，如何导致特定的影响形成一种假设，”艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)的神经学家伯格说。“需要很多数据才能让人们相信这些数据，但我认为我们终于到了这个阶段。” 运用一个无偏见的试验方法 为了研究神经元的形态，研究人员需要首先在老鼠大脑中其他神经元和支持细胞的混乱中识别出一个细胞，然后用一种特殊的含染料探针注入这个细胞，在大脑的一片区域内对其进行染色。研究小组使用了艾伦研究所(Allen Institute)设计的老鼠，这些老鼠携带的基因可以让某些神经元在显微镜下发出明亮的颜色，让研究人员更容易地挑选出单个神经元。然后，研究人员使用同样的显微镜探针，通过研究细胞对不同类型的电输入的反应，来读出细胞的电活动。 由于这些实验都是劳动密集型的，研究小组通常一次研究一种或几种细胞类型，这些细胞类型通常是根据特定的问题来选择的。然而，艾伦研究所的研究小组想要以一种广泛、公正的方式来解决这个问题，即在相同的实验条件下，从大脑的同一区域研究细胞，以便更容易地进行比较。 古文斯说:“我们不再把细胞类型列在脑子里，然后把它们分类，而是让这些分类从数据中浮现出来。”“我们正试图做到相当宽泛，然后看看数据的形状。 |
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