2020年6月2日訊 /生物谷BIOON /——經(jīng)過三年密集的數(shù)據(jù)收集和仔細(xì)繪制,，研究人員的工作完成了。
他們繪制的復(fù)雜地形,，包括所有的山峰,、峽谷和邊界，只有半英寸長，重量還不及一粒軟糖：實(shí)驗(yàn)室老鼠的大腦,。
在近日發(fā)表在Cell雜志上的一篇論文中,，艾倫研究所的制圖師描述了這一制圖特征--第三代艾倫小鼠大腦通用坐標(biāo)框架的第三次迭代（Allen Mouse Brain Common Coordinate framework），或稱CCFv3 (https：//portal.brainmap.org/),，這是一個(gè)完整的,、高分辨率的小鼠大腦三維地圖集。
該框架的創(chuàng)造者表示,，該框架將成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)參考圖譜,。老鼠被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究。他們的大腦包含大約1億個(gè)細(xì)胞,，每個(gè)細(xì)胞分布在數(shù)百個(gè)不同的區(qū)域,。隨著神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)集變得越來越大、越來越復(fù)雜,，大腦的公共空間地圖變得越來越重要,，將許多不同類型的數(shù)據(jù)精確地放置到一個(gè)普通的3-D空間進(jìn)行比較和關(guān)聯(lián)的能力也變得越來越重要。
把它想象成神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的手機(jī)GPS,。GPS(和新的大腦圖譜)會(huì)告訴你你所在的位置,，而不是根據(jù)你在周圍看到的東西在紙質(zhì)地圖上手動(dòng)搜索你的位置。對(duì)于包含成千上萬條不同信息的數(shù)據(jù)集來說,，共同的協(xié)調(diào)點(diǎn)集--以及為這些協(xié)調(diào)點(diǎn)找到相應(yīng)的大腦地標(biāo)--是至關(guān)重要的,。
圖片來源：Cell
該研究共同通訊作者之一、艾倫研究所的艾倫腦科學(xué)研究所高級(jí)技術(shù)負(fù)責(zé)人Lydia Ng博士說道："在過去,，人們會(huì)用眼睛來定義大腦的不同區(qū)域,。隨著越來越多的數(shù)據(jù)，人工管理不再適用,。就像我們有一個(gè)參考的基因組序列一樣,，你需要一個(gè)參考解剖學(xué)數(shù)據(jù)。"Allen腦科學(xué)研究所神經(jīng)解剖學(xué)副主任Julie Harris博士是該研究的另一個(gè)通訊作者,。
整個(gè)大腦的研究
全腦CCFv3建立在2016年發(fā)布的部分版本的基礎(chǔ)上,，該版本繪制了小鼠大腦最外層的整個(gè)皮層。以前的地圖集是分辨率較低的3-D地圖,，而CCFv3的分辨率足夠高,，可以精確定位單個(gè)細(xì)胞的位置。最新的全腦圖譜自2017年末開始向公眾開放,，幾個(gè)不同的神經(jīng)科學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始使用它,。
華盛頓大學(xué)(University of Washington)的助理教授,、艾倫腦科學(xué)研究所的領(lǐng)導(dǎo)人Nick Steinmetz博士在最近的一項(xiàng)研究中使用了該圖譜,，該研究觀察了小鼠在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中看到的不同圖像之間進(jìn)行選擇時(shí)的神經(jīng)元活動(dòng)。這項(xiàng)研究使用了神經(jīng)像素,，這是一種微小的電子探針,，可以同時(shí)捕捉跨越幾個(gè)不同大腦區(qū)域的數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng),。
Steinmetz說，當(dāng)他們分析數(shù)據(jù)時(shí),，很明顯,，大腦參與視覺選擇的部分比他們之前意識(shí)到的要多。他們必須有一個(gè)大局觀,，CCFv3幫助他們一起看所有的結(jié)果,。
Steinmetz說："圖集是一個(gè)非常必要的資源，它支持了在大腦層面進(jìn)行研究的想法,。當(dāng)你從大腦的數(shù)百個(gè)部位進(jìn)行記錄時(shí),，就引入了一種新的調(diào)查規(guī)模。你必須對(duì)所有的位點(diǎn)有一個(gè)更大的視野,，而CCF使這成為可能,。"
一個(gè)不斷發(fā)展的地圖集
為了制作地圖集，研究人員將大腦分解成微小的虛擬3-D塊,，即所謂的體素,，并為每個(gè)塊分配一個(gè)唯一的坐標(biāo)。3-D模型的數(shù)據(jù)來自于近1700種不同動(dòng)物的平均大腦解剖結(jié)構(gòu),。研究小組隨后將每一個(gè)體素分配到老鼠大腦中數(shù)百個(gè)不同的已知區(qū)域,，在不同區(qū)域之間小心地畫出邊界。研究人員說,，提供給地圖集這兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)集來自過去幾年在艾倫研究所進(jìn)行的幾種不同類型的實(shí)驗(yàn),。地圖集包含不同類型的數(shù)據(jù)，這使得它在參考大腦地圖集中獨(dú)具一格,。
在歷史上,，大腦地圖集是用2-D繪制的，從不同深度觀察大腦,，并將它們排列起來,。對(duì)于某些類型的數(shù)據(jù)，這種形式的大腦圖譜工作得很好,。但對(duì)于觀察整個(gè)大腦的神經(jīng)元活動(dòng)或細(xì)胞特征的現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究來說,，三維地圖集提供了更好的背景。
圖片來源：Allen Institute for Brain Science
研究人員說,，未來地圖集的更新可能會(huì)依賴于機(jī)器學(xué)習(xí)或其他形式的自動(dòng)化,，而不是像當(dāng)前版本那樣需要費(fèi)力的人工管理。
Harris說："正如我們現(xiàn)在所知,，地圖集應(yīng)該是不斷演變的生命資源,，因?yàn)殡S著我們對(duì)大腦組織方式的了解越來越多，我們將需要更新。以一種自動(dòng)的,、不帶偏見的方式建造地圖集,，是地圖集領(lǐng)域可能發(fā)生變化的地方。"（生物谷Bioon.com）
參考資料：
A new high-resolution,， 3-D map of the whole mouse brain
Cell,， Wang， Ding,， and Li et al.： "The Allen Mouse Brain Common Coordinate framework： A 3D Reference Atlas" DOI： 10.1016/j.cell.2020.04.007（潤寶醫(yī)療網(wǎng)）
他們繪制的復(fù)雜地形,，包括所有的山峰,、峽谷和邊界，只有半英寸長，重量還不及一粒軟糖：實(shí)驗(yàn)室老鼠的大腦,。
在近日發(fā)表在Cell雜志上的一篇論文中,，艾倫研究所的制圖師描述了這一制圖特征--第三代艾倫小鼠大腦通用坐標(biāo)框架的第三次迭代（Allen Mouse Brain Common Coordinate framework），或稱CCFv3 (https：//portal.brainmap.org/),，這是一個(gè)完整的,、高分辨率的小鼠大腦三維地圖集。
該框架的創(chuàng)造者表示,，該框架將成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)參考圖譜,。老鼠被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究。他們的大腦包含大約1億個(gè)細(xì)胞,，每個(gè)細(xì)胞分布在數(shù)百個(gè)不同的區(qū)域,。隨著神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)集變得越來越大、越來越復(fù)雜,，大腦的公共空間地圖變得越來越重要,，將許多不同類型的數(shù)據(jù)精確地放置到一個(gè)普通的3-D空間進(jìn)行比較和關(guān)聯(lián)的能力也變得越來越重要。
把它想象成神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的手機(jī)GPS,。GPS(和新的大腦圖譜)會(huì)告訴你你所在的位置,，而不是根據(jù)你在周圍看到的東西在紙質(zhì)地圖上手動(dòng)搜索你的位置。對(duì)于包含成千上萬條不同信息的數(shù)據(jù)集來說,，共同的協(xié)調(diào)點(diǎn)集--以及為這些協(xié)調(diào)點(diǎn)找到相應(yīng)的大腦地標(biāo)--是至關(guān)重要的,。
圖片來源：Cell
該研究共同通訊作者之一、艾倫研究所的艾倫腦科學(xué)研究所高級(jí)技術(shù)負(fù)責(zé)人Lydia Ng博士說道："在過去,，人們會(huì)用眼睛來定義大腦的不同區(qū)域,。隨著越來越多的數(shù)據(jù)，人工管理不再適用,。就像我們有一個(gè)參考的基因組序列一樣,，你需要一個(gè)參考解剖學(xué)數(shù)據(jù)。"Allen腦科學(xué)研究所神經(jīng)解剖學(xué)副主任Julie Harris博士是該研究的另一個(gè)通訊作者,。
整個(gè)大腦的研究
全腦CCFv3建立在2016年發(fā)布的部分版本的基礎(chǔ)上,，該版本繪制了小鼠大腦最外層的整個(gè)皮層。以前的地圖集是分辨率較低的3-D地圖,，而CCFv3的分辨率足夠高,，可以精確定位單個(gè)細(xì)胞的位置。最新的全腦圖譜自2017年末開始向公眾開放,，幾個(gè)不同的神經(jīng)科學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始使用它,。
華盛頓大學(xué)(University of Washington)的助理教授,、艾倫腦科學(xué)研究所的領(lǐng)導(dǎo)人Nick Steinmetz博士在最近的一項(xiàng)研究中使用了該圖譜,，該研究觀察了小鼠在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中看到的不同圖像之間進(jìn)行選擇時(shí)的神經(jīng)元活動(dòng)。這項(xiàng)研究使用了神經(jīng)像素,，這是一種微小的電子探針,，可以同時(shí)捕捉跨越幾個(gè)不同大腦區(qū)域的數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng),。
Steinmetz說，當(dāng)他們分析數(shù)據(jù)時(shí),，很明顯,，大腦參與視覺選擇的部分比他們之前意識(shí)到的要多。他們必須有一個(gè)大局觀,，CCFv3幫助他們一起看所有的結(jié)果,。
Steinmetz說："圖集是一個(gè)非常必要的資源，它支持了在大腦層面進(jìn)行研究的想法,。當(dāng)你從大腦的數(shù)百個(gè)部位進(jìn)行記錄時(shí),，就引入了一種新的調(diào)查規(guī)模。你必須對(duì)所有的位點(diǎn)有一個(gè)更大的視野,，而CCF使這成為可能,。"
一個(gè)不斷發(fā)展的地圖集
為了制作地圖集，研究人員將大腦分解成微小的虛擬3-D塊,，即所謂的體素,，并為每個(gè)塊分配一個(gè)唯一的坐標(biāo)。3-D模型的數(shù)據(jù)來自于近1700種不同動(dòng)物的平均大腦解剖結(jié)構(gòu),。研究小組隨后將每一個(gè)體素分配到老鼠大腦中數(shù)百個(gè)不同的已知區(qū)域,，在不同區(qū)域之間小心地畫出邊界。研究人員說,，提供給地圖集這兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)集來自過去幾年在艾倫研究所進(jìn)行的幾種不同類型的實(shí)驗(yàn),。地圖集包含不同類型的數(shù)據(jù)，這使得它在參考大腦地圖集中獨(dú)具一格,。
在歷史上,，大腦地圖集是用2-D繪制的，從不同深度觀察大腦,，并將它們排列起來,。對(duì)于某些類型的數(shù)據(jù)，這種形式的大腦圖譜工作得很好,。但對(duì)于觀察整個(gè)大腦的神經(jīng)元活動(dòng)或細(xì)胞特征的現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究來說,，三維地圖集提供了更好的背景。
圖片來源：Allen Institute for Brain Science
研究人員說,，未來地圖集的更新可能會(huì)依賴于機(jī)器學(xué)習(xí)或其他形式的自動(dòng)化,，而不是像當(dāng)前版本那樣需要費(fèi)力的人工管理。
Harris說："正如我們現(xiàn)在所知,，地圖集應(yīng)該是不斷演變的生命資源,，因?yàn)殡S著我們對(duì)大腦組織方式的了解越來越多，我們將需要更新。以一種自動(dòng)的,、不帶偏見的方式建造地圖集,，是地圖集領(lǐng)域可能發(fā)生變化的地方。"（生物谷Bioon.com）
參考資料：
A new high-resolution,， 3-D map of the whole mouse brain
Cell,， Wang， Ding,， and Li et al.： "The Allen Mouse Brain Common Coordinate framework： A 3D Reference Atlas" DOI： 10.1016/j.cell.2020.04.007（潤寶醫(yī)療網(wǎng)）
