从神经网络——放大:突触
——神经神经科学新领域,旨在描述完整的大脑区域之间的细胞内部和之间的联系。这是很重要的,因为它允许神经科学家破译的电路逻辑信息是如何处理的大脑和行为有关。这是非常相关的研究和治疗策略治疗人类大脑疾病和心理健康,作为信息处理经常中断会影响学习、记忆和思维过程。这些中断可以发生在神经元连接的连接,称为突触。
发现连接
神经连接那么小(以纳米),很难看到他们用光学显微镜。相反,强大的电子显微镜用于拍摄高分辨率的快照通过组织,详细结构不到刀锋的一根头发的宽度,并揭示了成千上万的突触形成电路连接的基础。
下一步是创建一个三维图像结合2 d在电子显微镜拍摄的图像和建立的神经元连接体相连,为了更好地理解电路和它带来的信息是如何处理这些神经元。
不过,如此规模的重构电路地图是一个挑战。
许多突触连接需要手动确认从大型图像数据集,10 - 1000 TB (TB)的大小;每个结核病是1000字节(GB)。强大的计算资源和许多数以百计的工时是需要这样做,使电路测试实验方法的假设在这个层次上是不可行的。
新方法
我们的新研究旨在汇集一些技术方法,将援助——努力和简化突触单元的成像的大脑回路。在我们的方法中,我们结合细胞标记,multimodal-imaging放大神经电路和计算技术。
MRC的技术开发的分子生物学实验室,英国剑桥大学和剑桥大学的动物学,剑桥,英国在与x射线显微镜专家卡尔蔡司公司合作。(美国普林斯顿和Jena,德国)。
我们设计了果蝇(黑腹果蝇)产生一个电子致密染料在大脑神经元的兴趣。这样就能够对检测感兴趣的这些神经元和突触的果蝇大脑使用非破坏性,高分辨率x射线成像(micro-tomography)。使用这些信息,我们放大这些神经元在电子显微镜下(EM)突触进行更详细的调查。这个工作流提供更多的大脑区域集中目标,使我们能够确定感兴趣的区域,如学习和记忆中心。我们还描述计算方法,可用于快速、自动识别神经元的方法我们都特别感兴趣,甚至更小的结构,如线粒体,细胞内重要的能源生产。
整个飞大脑x射线成像显示标记的位置感兴趣的结构,促进目标电磁成像方法和重建的突触结构。
映射的记忆
存储和检索记忆的大脑的控制是至关重要的行为,还有深深的保护整个动物王国这些大脑区域是如何工作的。由于这个原因,调查功能变化在果蝇大脑连通性是我们理解人类的大脑——有关。
人们普遍认为长期记忆(持续数天或更多)存储通过改变神经元之间的连接强度。尽管激烈的研究,证明什么变化发生在神经元储存记忆仍然是一个关键的开放问题,但我们可以在果蝇大脑系统的地址。在将来的研究中使用我们的成像和计算方法相结合,我们将专注于已知的大脑回路和比较不同类型的内存的存储是否大脑中产生不同的结构性变化。虽然我们的技术研究关注苍蝇,这些方法也适用于其他动物研究,如老鼠,和类似的技术方法在美国被探索。
在一起,我们希望这些研究能帮助神经科学家和临床医生理解记忆丧失是可以预防和抑制创伤事件的回忆。
参考:
Ng, J。褐变,。莱希,L。田农,M。、霍华德、g和Jefferis G.S.X.E.(2016)下的果蝇神经元基因目标三维可视化电子显微镜和x射线显微镜使用miniSOG”,科学报告,6,p . 38863。doi: 10.1038 / srep38863。
