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研究人員完整繪製了果蠅大腦的神經連結圖


美國國立衛生研究院支持的里程碑將促進對大型動物大腦過程的理解


新聞稿

由美國國立衛生研究院 (NIH) 支持的科學小組公佈了第一張完整的普通果蠅大腦神經連接圖。這張圖提供了一個接線圖,稱為連接組,是有史以來最大、最完整的成年動物連接組。這項工作提供了有關大腦如何連接以及健康大腦功能背後的信號的重要資訊。該研究詳細介紹了超過 13 萬個神經元之間的超過 5,000 萬個連接,作為一個包的一部分出現 該雜誌上的九篇論文 自然

「小型果蠅的複雜性令人驚訝,長期以來一直是理解行為的生物學基礎的強大模型,」約翰·奈博士說。 NIH 主任 透過推進創新神經技術計劃進行大腦研究® ,或 BRAIN Initiative® 。 「這一里程碑不僅為研究人員提供了一套新的工具來了解大腦中的迴路如何驅動行為,而且重要的是,它為正在進行的BRAIN 資助的繪製更大哺乳動物和人類大腦連接的努力奠定了先行者。

成年果蠅大腦的神經元接線圖。成年果蠅大腦由 139,000 個神經元和超過 5,000 萬個突觸組成。圖片來源:普林斯頓大學 Murthy 和 Seung 實驗室的 Tyler Sloan。

成年果蠅大腦的神經元接線圖。成年果蠅大腦由 139,000 個神經元和超過 5,000 萬個突觸組成。圖片來源:普林斯頓大學 Murthy 和 Seung 實驗室的 Tyler Sloan。

連接組圖詳細介紹了果蠅大腦中的全套細胞類別,識別不同類型的神經元以及神經元之間的化學連接或突觸。它還可以深入了解每個神經元分泌的神經傳導物質(化學物質,如多巴胺或血清素)的類型。

研究人員還創建了大腦區域之間的投影圖,稱為投影組,用於追蹤果蠅大腦內半球的組織和行為迴路。它可以詳細繪製控制行為的特定大腦迴路,例如眼部大腦迴路,它接收視覺刺激並輸出行為變化,從而在飛行過程中確定果蠅身體的方向。

在一篇配套論文中,研究人員提供了果蠅連接組的註釋,詳細說明了細胞類型、細胞類別等。它包含對研究人員和其他人至關重要的訊息,他們將使用連結組來增進我們對大腦生理學和行為的理解。

果蠅具有令人驚訝的先進認知和行為能力,使其成為這個初始連結組計畫的理想候選者。例如,它們可以形成長期記憶、參與社交互動以及遠距離導航。既然果蠅連接組已經建立,同樣的方法可以用來在大腦較大的動物中快速創建類似的圖譜。例如,新圖譜可以作為了解許多人類突變如何影響大腦連結的參考。

為了創建果蠅連接組,研究人員拍攝了完整果蠅大腦的電子顯微鏡圖像 該項目已公開發布,並使用電腦程式自動識別或「分割」影像中的神經元。該程式並非萬無一失,因此研究人員創建了一個工具計算系統,允許大型線上研究社群查看這些片段,校對它們的準確性,並以社群驅動的方式註釋細胞類型和類別。單一神經元的識別和描繪的校對由果蠅聯盟完成 名為 FlyWire 的實驗室,其中包括來自世界各地的科學家。

NIH 國家心理健康研究所代理所長 Shelli Avenevoli 博士表示:「到 2021 年,只有 15% 的神經元經過校對。」向更廣泛的果蠅大腦研究科學界開放校對極大加速了我們很快就能完成這個連接組。

完整果蠅連接組的資料分析工具可在 https://codex.flywire.ai/ 找到 。研究人員可以在 https://fafb-flywire.catmaid.org/ 上與連接組數據進行交互 。該研究得到了 NIH 大腦計劃的支持,該計劃是 10 個 NIH 研究所和中心的多學科合作項目 這使得研究人員能夠以前所未有的細節水平了解大腦在健康和疾病方面的情況,從而改善我們治療、預防和治癒大腦疾病的方式。

透過推進創新神經技術®進行大腦研究 Initiative 和 The BRAIN Initiative® 是美國衛生與公眾服務部的註冊商標。

參考

Dorkenwald, S.、Matsliah, A.、Sterling, AR、Schlegel, P.、Yu, S.、McKellar, CE、Lin, A.、Costa, M.、Eichler, K.、Yin, Y.、Silversmith, W.、Schneider-Mizell, C.、Jordan, CS、Brittain, D.、Halageri, A.、Kuehner, K.、Ogedengbe, O.、Morey, R.、Gager, J.…FlyWire 聯盟。 (2024)。成人大腦的神經元接線圖。 自然。 https://www.nature.com/articles/s41586-024-07558-y

Schlegel, P.、Yin, Y.、Bates, AS、Dorkenwald, S.、Eichler, K.、Brooks, P.、Han, DS、Gkantia, M.、dos Santos, M.、Munnelly, EJ、Badalamente, G.,Capdevila,LS,Sane,VA,Fragniere,AMC,Kiassat,L.,Pleijzier,MW,Stürner,T.,Tamimi,IFM,Dunne,CR,… Jefferis,GSXE(2024)。全腦註釋和多連結組細胞分型 果蠅自然。 https://www.nature.com/articles/s41586-024-07686-5

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