Cell：成功繪制出小鼠大腦中1000個神經元的連接圖譜

　　在一項新的研究中，來自美國霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心的研究人員仔細地解開了1000多個糾纏在一起的神經元，追蹤了每個細胞在大腦中的分支路徑，以確定它的去向和與哪些細胞連接在一起。他們報道，如果端對端放置的話，這些神經元將伸展80多米，大約相當于兩輛校車的長度。相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為“Reconstruction of 1,000 Projection Neurons Reveals New Cell Types and Organization of Long-Range Connectivity in the Mouse Brain”。

圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.07.042。

　　兩年前，當Jayaram Chandrashekar和他的同事們開始他們的神經制圖工作時，神經科學家對哺乳動物大腦中的哪些區域相互交談有一個大概的想法。但是，大腦中的信息傳遞架構在很大程度上是一個謎。一種完整的神經回路圖可以幫助科學家們更好地理解大腦是如何連接的，以及信息如何通過這種神經回路進行傳播。2017年10月，神經元追蹤項目團隊MouseLight發布了前300個神經元的數據。如今，他們大大擴展了這個數據集，增加了700多個神經元。Chandrashekar說，“這是迄今為止此類神經元的最大數字集合。”

　　隨著時間的推移，該團隊簡化了他們的神經元追蹤過程。首先，他們將病毒注入小鼠大腦，讓少數神經元發光。他們隨后使用光學顯微鏡捕獲被照亮的神經元的高分辨率圖像。計算機程序將2萬個形成的圖像拼接在一起，從而形成小鼠大腦的三維圖譜。Chandrashekar說道，“這就像把兩萬塊樂高積木拼湊在一起。”與霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心科學計算小組合作開發的算法和軟件可以幫助科學家們追蹤各個神經元的相互交織的路徑。目前，追蹤單個神經元大約需要一天，但是在幾年前，這需要一到兩周的時間。

　　這些初步數據揭示了關于小鼠大腦如何連接的新線索。在一些大腦區域，神經元聚集成離散的類別。在其他的大腦區域，神經元不能輕易地劃分為特定類型。Chandrashekar說，這對于信息在大腦中傳播的方式意味著什么還不清楚，但這是未來研究的一個目標。

　　盡管如此，小鼠大腦（含有大約7000萬個神經元）的大部分仍然是未知的荒野。霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心的Karel Svoboda估計，即使對整個大腦的連接系統有一個模糊的認識---相當于標記重要地標的旅游地圖，你也需要追蹤大約10萬個神經元。

　　到目前為止，MouseLight一直專注于重建霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心的科學家們正在研究的一些大腦區域---運動皮層、腦下腳、下丘腦和丘腦---中的神經元。比如，Svoboda使用MouseLight數據識別小鼠中不同的運動控制途徑。

　　不過，該項目仍在不斷發展。MouseLight團隊在線分享了他們不斷擴展的數據集。Chandrashekar希望其他科學家加入他們的神經元追蹤工作。