「藍腦」項目再獲突破：科學家獲得單細胞解析度的大腦模型

洛桑聯邦理工大學的「藍腦項目」是瑞士的一個大腦研究項目。

神經元之間突觸連接的結構決定了它們的活動和功能。到目前為止，對神經連接體全面快照的測量只能在比大頭針還小的體積內完成。而在體積較大的情況下，在由極細極長的纖維束形成的遠程連接中，科學家只能對少數的單個神經元進行研究，得不到完整的圖景；或者在宏觀尺度上進行研究，得到平均特徵的縮小版視圖，達不到單細胞的解析度。

而在最近發表於《自然·通訊》雜誌上的一篇論文中，瑞士洛桑聯邦理工大學的「藍腦」研究人員指出，我們可以將以上兩種觀點結合起來。通過整合最近的兩個數據集：Allen Mouse Brain Connectivity Atlas和Janelia MouseLight，研究人員確定了一些關鍵規則，規定了哪些神經元可以在大腦皮層內形成遠程連接。由於兩個數據集在大腦皮層整體和細胞解析度方面可以相互補充，研究人員終於得到了單細胞解析度的大腦模型。

基於之前對局部大腦神經迴路建模的工作，研究人員將大腦皮層連接的原則進行了參數化，並生成了與之兼容的統計神經連接體實例。當探究結果的結構時，他們發現了一些有趣的東西：在單細胞解析度下，以前只能在相鄰神經元之間看到的複雜結構，現在也連接著大腦不同區域兩端的神經元。這與之前在人類大腦中發現的自相似性規則類似，研究人員預測自相似性會一直延伸到單個神經元的水平。

首席研究員Michael Reimann說：「這讓我重新思考了我們之前對這些遠程連接的看法。它們被描述為連接或同步整個大腦區域的電纜。但也許還有更多的針對單個神經元的遠程連接。這是我們從一些相對粗粒度的原則中學到的。我希望通過改進方法能在未來發現更多這樣的連接。」

Michael Reimann解釋說：「我們使用之前發表的神經迴路構建路徑的改進版本，完成了這樣一個小鼠大腦皮層神經連接體的初稿。考慮到單個大腦區域的幾何結構和細胞組成，我們通過將神經元置於腦-圖譜定義的三維空間而非六角形稜鏡中改進了這一技術。該組合是以藍腦項目開放獲取的細胞圖譜數據為基礎的。而進一步的約束來自於其他可公開訪問的數據集，到目前為止未知的額外約束可能會進一步限制遠程連接。為了開始迭代細化的過程，我們向公眾提供了模型和數據。

計算機模擬方法允許科學家們將目標體積縮小几個數量級，直到具有亞細胞解析度的單個神經元形成的神經支配，這在實驗方法中是不可能的。未來，這將允許模擬單個神經元、整個區域或整個大腦皮層的電活動。

科界原創

編譯：花花

審稿：阿淼

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