破解大脑的细胞代码:杰瑞·陈教授的采访

我们的世界充斥着感官信息。伸手触摸你周围的物体,热,冷,锋利的柔软,粗糙或光滑,和知道你的大脑是处理一个让人眼花缭乱的信息,简单的动作。我们知道我们的大脑有层与抵抗那我们的环境的复杂性,但要理清复杂在细胞水平上是一个巨大的任务。怎么我们的基因,细胞和电脉冲一起解码我们周围的世界?

在波士顿大学艺术与科学学院的助理教授生物学杰瑞·陈试图破解这个代码。陈发表了新研究在科学,揭示大脑如何处理触觉鼠标在细胞水平上使用一种称为综合读出的技术活动和细胞类型标记,或裂纹。陈的发现可能会有重要的影响不仅对我们理解我们的大脑是这样,但对于我们提供治疗疾病的能力,感觉处理中断,如自闭症谱系障碍(ASD)。

在这次采访中,我们跟陈谈谈他的研究的目标,结果和影响。

你和你的研究摘要目的研究什么?是什么让你想检查这个问题吗?

杰瑞·陈(JC):我们的实验室有兴趣学习感知和认知的神经基础。大脑是人体最复杂的器官。这种复杂性部分定义的是,数十亿的神经元的大脑并不都是一样的。有成千上万的不同类型的神经元——服务不同的功能和执行不同的计算。要真正了解大脑是如何工作的,我们需要解构大脑的各个组件,然后开始问这些组件如何交互行为。

你能解释首开先河的“神经元目录”技术,导致本研究——及其影响?

JC:我们的合作者艾伦脑科学研究所目标是创建一个”神经元目录“通过生成一个人口普查的所有类型的细胞在大脑中。这是一个由几个团队集体努力的一部分跨多个机构。

目录仅描述了神经元的分子组成,但不一定说任何关于神经元的功能或执行的计算。技术,我的研究团队开发利用这个新的信息从目录中,并添加下一层的信息,这是细胞的活动模式。它让我们磨练,研究细胞的功能全面的目录。这就是为什么我们叫它ComprehensiveReadout的一个活动和C魔法类型3月K人,或裂缝(即。一个双关语在“破解神经回路”)。我们破解技术将为“目录2.0”,让研究人员收集分子和功能信息在大脑中所有的细胞。

你怎么应用这个技术在你的研究?

JC:我们应用裂纹平台研究的特定部分大脑皮层参与我们敏锐的触感。我们如何看待不同的神经元目录过程信息和跟其他神经元当动物触摸物体在其环境。我们还研究了神经元如何适应环境变化。

如何重要的是空间的出现为我们理解大脑的转录组吗?

JC:空间转录组是一个非常强大的工具来调查不仅大脑,但体内任何组织或器官。五到十年前,我们在只能看到有限的几个基因表达在大脑中。我们不得不零碎的信息在不同的样本。现在,最新的空间转录组技术,我们能够看到成百上千的基因表达在一个样本。这揭示了新的关系模式基因的神经元如何与他们的功能,我们之前没能抓住。

研究结果揭示了什么?

JC:当你观察你周围的世界,你的大脑做的组合处理的刺激的场景,但它也试图填补信息基于你学过的东西在过去帮助你解释你的感应。例如,让我们说你翻一个袋子感觉的你的车钥匙。你的大脑已经学会了什么键感觉这是填写的信息你感觉的对象不同的纹理和形状来指导你的搜索。然而,有些时候你感觉到什么,像一把锋利的边缘,这真的跳出来,告诉你你在正确的轨道上,你可能发现你的钥匙。我们的发现本质上发现有一个专门的电路组成的特定的细胞在目录中,我们称之为“集线器。大脑“这些细胞帮助提醒你遇到的一个显著特征,需要进一步调查。

在当前的研究中,研究了11种不同的细胞类型。要多长时间剖面所有皮层的细胞类型?

JC:11细胞类型,我们看着构成已经发现超过300个潜在的细胞类型的细胞类型“阿特拉斯。“阿特拉斯的类比,你能想到的细胞类型为“城市”,是“国家”的“大陆。“我认为这是公平地说,我们对细胞类型的理解历来的大洲。大部分研究过去二十年一直专注于continent-level,偶尔缩放的国家,但我们并没有真正放大到城市的水平直到现在。有鉴于此,很难说多长时间可以为我们理解所有的城市中存在的阿特拉斯。然而,我们现在有能力看城市——我们可以看到许多不同的城市在同一时间。最终的结论是,我们可以配置所有的速度肯定会加速的细胞类型。

最令人惊奇的发现是什么?

JC:细胞,一个令人惊讶的发现是,“中心”,我们确定了重要的“特征检测”也回应环境变化时以有趣的方式。有特定的基因被认为是重要的学习和适应性,向上或向下,可以根据不断变化的环境。我们发现这些基因总是“在”中心的细胞,这违背了一些当前的原则。当环境改变时,这些细胞反应,试图弥补这些变化。我们认为这可能是一种电路“记住”或“不要忘记”如何在旧的环境下处理信息。

experience-agnostic如何“中心细胞”和他们如何目录中的大量的感官体验的世界?

JC:我们观察这些细胞在成年动物中心。有一些证据表明,中心细胞可能在开发过程中积累了感官体验早期动物是世界上第一次经历。可能其他细胞类型应对新经验,但这些中心细胞可能有“不要忘记”那些早期的生活经历。

可翻译如何这些发现人类大脑?

JC:一个最近的研究相比一些细胞类型的鼠标与那些我们曾报道发现在人类。有一些相似之处的一些细胞类型,我们看着。然而,似乎人类继续进化的细胞类型和多样化。这意味着我们的基因组可以有强烈影响电路在大脑中是如何组织的,这可能导致专业功能描述在我们的研究中。

这些发现的意义是什么?

JC:我们的研究结果有相关性等一系列神经紊乱中风、神经精神疾病,如自闭症谱系障碍,个人的认知是可以改变的。而不是把大脑视为一个同质的组织,了解哪些特定的细胞类型最相关的将使我们能够开发可以具有高度针对性的治疗。这是令人兴奋的进展直接治疗特定症状的根本原因,同时也有可能避免不必要的副作用从其他治疗和干预措施。

接下来你希望学习什么?

JC:有很多方向,我们会根据我们的新技术和发现。专用电路的神经元可塑性由特定细胞类型的目录或者令人惊讶的发现在我们的研究中尤其耐人寻味。这是一个领域,我们跟进;我们特别关注潜在的类似类型的电路在大脑的其他部分,以及他们如何在学习和记忆功能,和时间。

Jerry Chen说莫莉好运,波士顿大学的助理导演、公共关系和高级科学作家Ruairi J Mackenzie技术网络。188金宝搏备用