脑图谱地图的32叶墨鱼的大脑

任何有三心,蓝色的血液和皮肤可以改变颜色像显示在时代广场也可能会吸引人们的目光。满足乌贼bandensis,知道更多的叙述地伪装矮墨鱼。在过去的三年里,在哥伦比亚大学神经科学家领导的研究小组Zuckerman,包括数据专家和网页设计师一起将这个迷人的头足类动物的脑图谱:神经解剖学的路线图首次描绘大脑的整体32-lobed结构以及它的细胞组织。

矮乌贼是一种伪装的主人。在几毫秒,动物可以改变其皮肤纹理模式和动态融入周围环境。伪装是视觉驱动的,像乌贼和章鱼,乌贼控制其肤色与大脑。项目他们大脑内的神经元轴突到皮肤,在那里他们控制成千上万的细胞像素(色素细胞)来实现颜色变化。

当一个墨鱼伪装,它再现了看到它的皮肤上。为了达到这个目标,墨鱼必须改变其视觉输入到大脑的神经表征,然后重新创建一个模拟的表示它的皮肤上。的实验室的理查德·阿克塞尔医学博士,想了解墨鱼达到这个惊人的壮举。理解的方式视觉世界表示brain-whether的头足类动物或人类和如何表现导致的思想和行为,在神经科学中最引人注目的问题。

发现的神经基础墨鱼伪装,阿克塞尔实验室的成员需要记录神经元的活动相关的大脑区域的墨鱼。提取最科学价值的记录,但是,他们还需要一个大脑的地图,没有可用的。所以团队开始了一个项目,建立一个矮墨鱼大脑的神经解剖学的地图集。他们的研究论文描述项目今天出现在网上当代生物学相应的网站,Cuttlebase.org。

“我最喜欢的一个大脑学习的方法是研究生物在特定的行为或高度专业化的任务,如使用回声定位导航的蝙蝠,或者鸟类使用令人印象深刻的空间记忆回忆藏食物的位置,”说泰莎·g·蒙塔古博士,第一作者在纸上和实验室的博士后研究员理查德·阿克塞尔,医学博士,也是该论文的作者之一。

“我们希望并相信我们的脑图谱将帮助社区了解更多关于墨鱼的机制使用来表达自己通过他们的皮肤,而这可能会让我们洞察任何大脑如何能够代表信息,”蒙塔古博士说。

花了一个紧凑的神经科学的专家,和忠实的合作组织成像,计算机编程,构建Cuttlebase解剖学和网页设计。脑图谱的底层基础,团队的身体和大脑扫描四男四女墨鱼使用磁共振成像(MRI),医生的诊断支柱。深度学习算法的一种人工智能,帮助梳理出动物的大脑从他们周围的组织,在扫描数据。

合著者塞布丽娜Gjerswold-Selleck,他最近完成了一项哥伦比亚大学硕士学位,现在工作Neuralink表示,球队开局运行相关工作的研究,因为她做了合作者贾郭哥伦比亚大学的组织与核磁共振扫描的老鼠。

“我们已经开发出一种深度学习的方法,能够独立的大脑相关数据在每一个MRI扫描这些数据与其他组织类型的扫描,“Gjerswold-Selleck说。“我们很惊讶我们如何能够适应技术。”

接下来,通过比较标记大脑的核磁共振扫描,而且只有少数图像从1960年代,研究人员必须确定每个矮墨鱼脑叶的边界。这是一个巨大的努力的数据分析的六个朋友数百小时在大流行期间致力于描述八墨鱼数据集。

这导致了数以百计的灰度图像轮廓的大脑区域类似于说,州、县一个多页的轮廓美国阿特拉斯。升级他们的墨鱼脑图谱,它提供了细胞决议——相当于一个详细的地图,显示所有的道路、丘陵、湖泊和河流的州——研究人员转向组织学技术,它揭示了微观组织结构。这需要在团队精心部分生物学家墨鱼的大脑,然后染色都有丰富多彩的化学标签,大脑细胞的位置和部件,包括神经元、神经胶质细胞和轴突。

最后,在完成组织阿特拉斯和注释八墨鱼MRI扫描,研究人员8大脑融合为一体,成为一个单一的阿特拉斯。总的来说,他们发现了32叶矮墨鱼,其中大部分可以与特定的生物功能和行为,半个世纪前的经典研究。两大叶,视叶,处理视觉输入从动物的迷人眼睛,例如。色素细胞的运动神经元叶编排在皮肤的颜色机制。一个垂直波瓣与学习和记忆相关。

虽然这墨鱼数据分析本身的结果,”这篇论文的主要目的是报告可视化和研究工具,Cuttlebase,并使一切免费,方便所有人,”蒙塔古博士说。

用户可以直观的轻松,对召唤组织学部分指定不同的脑区和神经;一个可旋转和缩放的大脑的三维模型;和墨鱼的26个器官的3 d模型,包括它的三心,墨囊,喙和神经传递信号之间的大脑及其八个武器。所有的数据在Cuttlebase可用于其他研究人员在实验室中建立。解释大脑的叶和其他用户友好的特性为非专家提供学习资源。

合作者Sukanya Aneja和Dana Elkis(团队的网络工程师,网页设计师,分别)交互式电信项目的纽约大学,谁也Cuttlebase团队的成员,网站在发展中扮演领导角色。

来回“我们有很多关于如何将一切我们已经转化为一个基于web的经验,对双方都是有吸引力的科学家和非科学家,“Aneja说。

“我们需要把视频、图像、三维模板的大脑,插图、图表和图表,“Elkis指出。

研究生作者伊莎贝尔Rieth在西北大学的神经科学跨部门项目和前Cuttlebase团队成员带来了额外的设计技巧将本来黑白网络体验到一个充满颜色,帮助澄清用户看到。

一样具有挑战性和劳动密集型项目的合作者,他们忍不住仍然迷恋于墨鱼工作和学习。

“乌贼是迷人,”蒙塔古博士说。“当他们伪装或相互通信,他们有效地揭示你皮肤他们所看到和感受。”

参考:蒙太古TG、Rieth IJ Gjerswold-Selleck年代,等。脑图谱的伪装矮墨鱼、乌贼bandensis。当代生物学。2023;0 (0)。doi:10.1016 / j.cub.2023.06.007

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