发表在自然展示了哺乳动物大脑的最全面的接线图
艾伦脑科学研究所的研究人员发表了第一个全面、大规模数据集对哺乳动物的大脑连接,提供了一个开创性的数据资源和新鲜的见解神经系统如何处理信息。他们的里程碑式的论文在本周出版的《华尔街日报》自然都描述了公开的艾伦老鼠大脑连通性图集,并展示了令人兴奋的知识,可以从这个宝贵的资源。
“理解大脑如何连接是最关键的步骤之一,了解大脑是如何编码的信息,“Hongkui曾解释说,研究科学的高级主管艾伦脑科学研究所。“艾伦老鼠大脑连通性图集是标准化、量化,将刺激兴奋的调查和综合资源在整个神经科学社区,和我们已经收集到的前所未有的细节如何连接大脑内部结构。”
使用数据,艾伦研究所的科学家们能够证明有非常具体的模式在大脑不同区域之间的联系,这些联系的优势随震级大于5个订单,平衡少量的强连接与大量的弱连接。这个出版正值研究小组结束四年多的工作背后的数据收集,使公开艾伦老鼠大脑连接Atlas项目,完成的阿特拉斯2014年3月宣布。
创建一个路线图大脑
人类的大脑是整个宇宙中最复杂的结构,包含大约1000亿神经元一样多的星星在银河。老鼠大脑的7500万个神经元,安排在大致相似的大脑结构,提供一个强大的模型系统,了解人类大脑的神经细胞连接,处理和编码信息。尽管基本的需要了解的大脑区域是如何连接的,我们有一个完整的唯一物种接线图是简单微小的蠕虫秀丽隐杆线虫——一个简单的系统,只有302个神经元,而人类或任何其他哺乳动物的神经系统。
科学家艾伦研究所着手创建一个接线图的大脑也被称为“体”——说明短和远程连接使用基因改造病毒可以跟踪和照亮单个神经元。为了得到一个真正全面的观点,科学家收集成像数据分辨率小于一微米来自1700多个老鼠大脑,每一个都是分为140串行部分。“艾伦老鼠大脑连通性图集的数据收集的方式从未做过,”曾说。“标准化数据生成过程允许我们创建一个3 d共同参考空间,这意味着我们可以把数据从我们所有的相邻成千上万的实验和比较它们在一个高度量化方法在同一时间。”
艾伦老鼠大脑连通性图集包含超过1.8 pb的数据(相当于23.9年的连续高清视频在线免费到整个社区。阿特拉斯背后的研究小组2011年11月以来一直在稳步释放新的数据;三月份,他们最后一次重大更新发布到阿特拉斯,虽然资源将继续更新随着技术的发展和研究人员可以添加更多的新类型的连接数据。像所有的艾伦脑图谱资源、数据和工具来浏览和分析都是免费提供给公众www.brain-map.org。
阿特拉斯的全球大国
免费资源,艾伦老鼠大脑连接阿特拉斯是一个宝贵的工具为神经科学家关于大脑连接的性质的问题。
“艾伦老鼠大脑连接大脑的阿特拉斯提供了一个初始的路线图,在州际高速公路和他们联系的主要城市,”大卫·安德森解释说,生物学教授和霍华德休斯医学研究所的研究员加州理工学院的。“小公路网络和与州际公路的路口将下一步,紧随其后的是当地街道的地图在不同的城市。此信息将提供一个框架,我们最终想明白:在大脑中信息流动的交通模式在各种活动,如决策、映射的物理环境,学习和记忆等认知或情感过程。”
与自然出版,艾伦研究所的科学家们已经开始展示分析包含在阿特拉斯的力量。通过分析数据,曾和她的团队能够发现几个有趣的老鼠大脑的连接体的属性。例如,有广泛的连接在两个半球镜像对称。途径属于大脑中不同的功能电路可以被识别和它们之间的关系和十字路口3 d可视化。最后,还有一个伟大的变异程度的优势connections-ranging超出五个订单的大小和一个有趣的平衡少量的强连接和大量的弱连接。
这些发现说明需要定量的理解和大脑连接的全局视图模式,由于定量方法可以描述不同连接的相对强势,而不是简单的描述是否存在内在更定性的方法。启用这些更精确的比较独特的阿特拉斯,曾说。
“阿特拉斯的目的是创建一个新的方法绘制出大脑的连接系统和快速,和开发一个平台向用户显示数据,并帮助他们导航以最友好的方式,”曾解释道。“但我们所做的分析到目前为止仅仅是开始的深入分析不同的大脑回路的接线模式成为可能,这独特的收集的数据。”
阿特拉斯的未来连接
维护艾伦老鼠大脑连接阿特拉斯是一个持续的努力。完成后的阿特拉斯最初范围在2014年3月,科学家们将继续更新更多的单个神经细胞的阿特拉斯与概要文件类型可用。艾伦研究所的研究人员也准备潜水更深入他们已经收集的数据,并将更专注于研究不同类型的神经元之间的连接在同一或相邻地区,城市道路和当地街道,州际公路,形成了分层神经网络。
Atlas的承诺作为一个宝贵的工具,世界各地的神经学家长到未来。“以前,科学界必须依赖不完整,分散的数据集,如小块的映射,但在不同的尺度和决议,所以是不可能看到更大的图景,”解释了埃德•卡拉威系统神经生物学实验室的教授索尔克生物研究所。“现在,我们即时访问完整和一致的数据在整个大脑,和基于网络的分析和显示工具套件可以很容易找到你需要的东西,在3 d看到它。
“你——所有你的想法和行动贯穿你的整个生活基于神经元之间的连接,”卡拉威仍在继续。“所以如果我们想要理解这些过程或他们如何出错的疾病,我们必须了解这些电路的功能。没有阿特拉斯,我们不能希望获得这种理解。”
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出版
Seung钟旭哦,朱莉·a·哈里斯,莉迪亚Ng,布伦特·温斯洛,尼古拉斯·凯恩Stefan Mihalas Quanxin Wang克里斯·刘,伦纳德矿,亚历克斯·m·亨利·马蒂·t·Mortrud本杰明Ouellette), Thuc Nghi Nguyen Staci a·索伦森Clifford r . Slaughterbeck韦恩韦克曼Yang Li大卫•冯安Ho埃里克•尼古拉斯•卡拉e . Hirokawa菲利普Bohn,凯文·m·Joines Hanchuan彭,迈克尔·j . Hawrylycz约翰·w·菲利普斯约翰g . Hohmann保罗•Wohnoutka查尔斯·r·Gerfen Christof科赫,艾米·伯纳德Chinh见鬼,阿兰·r·琼斯Hongkui曾庆红。一个中尺度的老鼠大脑的连接体。自然,2014年4月2日在线出版。doi: 10.1038 / nature13186
