大腦五彩紙屑：為什麼我們的嗅覺會隨著年齡的增長而衰退

大腦五彩紙屑:為什麼我們的嗅覺會隨著年齡的增長而衰退

在哺乳動物中，新生神經元(神經發生)的產生主要局限於幼兒期，僅發生在成年期前腦的少數區域。嗅覺神經元就是一個例外，它是通過幾個中間階段從幹細胞發育而來的。這些神經元的產生會隨著年齡的增長而減少。在我們最近的研究中，我們想找出細胞的基礎和幹細胞在這一過程中扮演的角色。他是亥姆霍茲慕尼黑中心計算生物學研究所(ICB)的研究組組長。

為了闡明這個問題，赫爾姆霍爾茲中央研究院(Helmholtz Zentrum Munchen)成立了一個跨學科專家團隊，成員包括數學家麗莎·巴斯特(Lisa Bast)和卡斯滕·馬爾(Carsten Marr)，以及幹細胞研究人員菲利波·卡爾佐拉里(Filippo Calzolari)博士(現在美因茨大學生理化學研究所)和約維卡·尼科維奇(Jovica Ninkovic)教授。「我們的方法使用了一種被稱為五彩紙粉記者的方法來進行譜系追蹤:在老鼠的大腦中，我們誘導單個幹細胞和它們的所有後代(稱為克隆)以一種特定的顏色發光，」Filippo Calzolari說。通過這種方法，科學家們可以通過賦予克隆技術名稱的不同顏色來區分克隆。Calzolari補充說:「下一步，我們比較了在年輕和年老老鼠身上發現的克隆，以找出單個幹細胞和中間產物對成熟嗅覺細胞神經發生的貢獻。」

連接這些點

然而，對於人類來說，對這些圖像進行系統的分析幾乎是不可能的，因為現有的數據極為龐雜，很難對年輕和年老的大腦進行比較。Carsten Marr和他的團隊的專業技能在這裡發揮了作用。他們是單細胞動力學量化方面的專家，即研究一個大種群中哪些細胞和多少細胞決定哪些細胞的命運。為此，研究人員使用人工智慧的方法，開發數學模型和推導演算法來幫助分析圖像數據。

「我們將五彩紙屑的測量結果與神經發生的幾個數學模型進行了比較，」Lisa Bast解釋說。「我們發現，老年人自我更新的能力會下降，尤其是在某些被稱為轉運放大祖細胞的中間階段。」此外，分析顯示，不對稱的細胞分裂和幹細胞的靜止狀態在老年小鼠中增加。「這意味著在年老時，分化成嗅覺細胞的細胞更少，因為它們往往停留在幹細胞池中，變得不那麼活躍。」因此，生產就停止了。這是科學家首次能夠用數學模型定量描述現存哺乳動物大腦中神經幹細胞的行為。

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