“蓝脑”项目再获突破：科学家获得单细胞分辨率的大脑模型学术资讯

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洛桑联邦理工大学的“蓝脑项目”是瑞士的一个大脑研究项目。

神经元之间突触连接的结构决定了它们的活动和功能。到目前为止，对神经连接体全面快照的测量只能在比大头针还小的体积内完成。而在体积较大的情况下，在由极细极长的纤维束形成的远程连接中，科学家只能对少数的单个神经元进行研究，得不到完整的图景；或者在宏观尺度上进行研究，得到平均特征的缩小版视图，达不到单细胞的分辨率。

而在最近发表于《自然·通讯》杂志上的一篇论文中，瑞士洛桑联邦理工大学的“蓝脑”研究人员指出，我们可以将以上两种观点结合起来。通过整合最近的两个数据集：Allen Mouse Brain Connectivity Atlas和Janelia MouseLight，研究人员确定了一些关键规则，规定了哪些神经元可以在大脑皮层内形成远程连接。由于两个数据集在大脑皮层整体和细胞分辨率方面可以相互补充，研究人员终于得到了单细胞分辨率的大脑模型。

基于之前对局部大脑神经回路建模的工作，研究人员将大脑皮层连接的原则进行了参数化，并生成了与之兼容的统计神经连接体实例。当探究结果的结构时，他们发现了一些有趣的东西：在单细胞分辨率下，以前只能在相邻神经元之间看到的复杂结构，现在也连接着大脑不同区域两端的神经元。这与之前在人类大脑中发现的自相似性规则类似，研究人员预测自相似性会一直延伸到单个神经元的水平。

首席研究员Michael Reimann说：“这让我重新思考了我们之前对这些远程连接的看法。它们被描述为连接或同步整个大脑区域的电缆。但也许还有更多的针对单个神经元的远程连接。这是我们从一些相对粗粒度的原则中学到的。我希望通过改进方法能在未来发现更多这样的连接。”

Michael Reimann解释说：“我们使用之前发表的神经回路构建路径的改进版本，完成了这样一个小鼠大脑皮层神经连接体的初稿。考虑到单个大脑区域的几何结构和细胞组成，我们通过将神经元置于脑-图谱定义的三维空间而非六角形棱镜中改进了这一技术。该组合是以蓝脑项目开放获取的细胞图谱数据为基础的。而进一步的约束来自于其他可公开访问的数据集，到目前为止未知的额外约束可能会进一步限制远程连接。为了开始迭代细化的过程，我们向公众提供了模型和数据。

计算机模拟方法允许科学家们将目标体积缩小几个数量级，直到具有亚细胞分辨率的单个神经元形成的神经支配，这在实验方法中是不可能的。未来，这将允许模拟单个神经元、整个区域或整个大脑皮层的电活动。

科界原创

编译：花花

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《自然·通讯》

期刊编号：2041-1723

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/epfd-bbf082919.php