Nature发布神经学里程碑成果_医疗健康

2016

03/31

09:42

生物通

作者：何嫱

医疗健康

即便是大脑中最简单的神经元网络也是由数百万的连接所构成，探究这些庞大的网络对了解大脑的运作机制至关重要。

由艾伦脑科学研究所、哈佛医学院和Flanders神经电子学研究中心（NERF）的R. Clay Reid、Wei Chung Allen Lee和Vincent Bonin领导的一个国际小组，发布了迄今为止最大的大脑皮层神经元连接网络，揭示出了有关大脑中网络组织机制的几个关键要素。他们的研究结果发布在3月28日的《自然》（Nature）杂志上。

艾伦脑科学研究所资深研究员R. Clay Reid博士说：“这是近十年前启动的一个研究项目的一次高潮。大脑网络太大、太复杂无法零碎地了解，因此我们利用了一些高通量技术来收集大脑活动和大脑布线的庞大数据集。我们发现这一努力是绝对值得的，我们正在了解有关大脑网络结构及最终大脑结构如何与功能关联的丰富信息。”

论文的主要作者、哈佛医学院神经生物学讲师Wei-Chung Lee博士说：“尽管这项研究是研究工作实质性章节中一个具有里程碑意义的时刻，这仅仅是个开始。通过发现回路布线和神经元网络计算之间的关系，我们现在拥有了一些工具来着手对大脑实施逆向工程。”

Flanders神经电子学研究中心项目负责人Vincent Bonin说：“数十年来，研究人员一直在孤立地研究大脑活动和布线。我们所取得的成果就是以前所未有的细节为这两个领域架起桥梁，将神经电活动与它们彼此之间的纳米级突触连接联系起来。”

Lee补充说：“我们已在大脑皮层网络中发现了模块结构的首批解剖学证据，以及神经元间功能特异性连接的结构基础。我们采用的方法使得我们能够定义神经回路的组织原理。我们现正在做好了准备去发现大脑皮质连接模体（motif），它们有可能是大脑皮层网络功能的基本构件。”

Lee和Bonin首先在小鼠视觉皮层中鉴别了响应特殊视觉刺激，例如屏幕上的竖条或横条的神经元。Lee随后制作了超薄脑切片，捕获了这些目标细胞和突触数百万张详细的图像，随后进行了三维重建。美国两海岸的注释者团队同时通过一些3D图像追踪了单个神经元，并定位了单个神经元之间的连接。

分析这些丰富的数据生成了一些结果，包括第一个直接的结构证据支持这一观点：完成相似任务的神经元比执行不同任务的神经元更有可能彼此连接。并且，尽管与执行完全不同功能的许多其他神经元缠结在一起，这些连接更大。

Reid 说：“这项研究独特的组成部分是结合了功能成像和详细的显微镜学。这些微观数据达到了前所未有的规模和细节。我们通过首先了解了特定神经元的功能获得了一些非常强大的知识，随后观察了它是如何连接完成相似或不同工作的神经元的。”

Reid说：“这就像一个乐手随机就坐的交响乐团。如果你只听附近的一些音乐家，这没有意义。通过听每一个人，你将会理解音乐；它实际变得更加简单了。如果随后你去问询每个音乐家都听谁的，或许你甚至可以搞清楚他们是如何创作音乐的。这里没有指挥，因此管弦乐团需要进行沟通。”

来源：生物通作者：何嫱

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