高清晰度理解大脑-快速、自动识别个体、活脑细胞

时间:2020-04-03 17:42 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

高清晰度理解大脑-快速、自动识别个体、活脑细胞

计算机程序推进了绘制蠕虫中每个神经元的工作。

研究人员致力于以高清晰度、单细胞水平的细节来了解大脑,他们设计了一种新的计算机程序来识别活体蠕虫荧光显微镜图像中的每个神经细胞。先前的对单个神经细胞的自动识别的尝试已经失败了,因为同一个细胞在不同的蠕虫体内的位置可能大相径庭。

蠕虫断开连接;C。秀丽隐杆线虫,小蛔虫在土壤和世界各地的研究实验室很常见。动物体内的959个细胞中的每一个;透明的、1毫米长的尸体已经被鉴定、命名和绘制,其中包括302个神经细胞。

科学家们完成了第一张南极地图。自1986年以来,神经系统一直在改进。最近的项目包括OpenWorm,这是一个正在进行的全球项目,旨在设计一个细胞接细胞的行为精确的虚拟体。线虫本;一个有研究价值的电子宠物。

高清晰度理解大脑-快速、自动识别个体、活脑细胞

尽管有其价值,广义的大脑地图集,即所谓的连接体地图,仍然无法帮助识别单个、活的、蠕动的蠕虫的神经元。

想象一下,如果你知道地图上所有城市的名字,但每次你看的时候城市都在移动。这就是把现在的大脑地图集和生物地图集进行比较的过程。东京大学的Yuichi Iino教授说,他是最近发表在《BMC生物学》上的研究论文的最后一位作者。

Iino&rsquo的研究小组想要识别并绘制生活中的每一个神经细胞。因此,他们能够绘制出使行为、学习和记忆成为可能的电脉冲路径。

秀丽隐杆线虫的大脑神经元并没有被困在头骨里,而是在头部区域形成了一个由150个神经元组成的松散群体。

神经元很小,位于大脑的前部。秀丽隐杆线虫围绕着这个作为消化系统一部分的大球茎,所以当动物移动或进食时,它们就会被推来拉去。Iino解释道。

研究人员首先发现了一些独特的基因组合,当这些基因被人为地连接到荧光蛋白标签上时,将会使35个不同的神经元在显微镜下发光。

这些新品种的转基因玉米。优雅使所有的研究人员随后可能进行图像研究和计算机编程工作。

研究人员共鉴定了311只蠕虫的单个神经元,35个神经元组各有10只左右,并测量了显微镜图像中神经元对之间的距离和相对位置。

虽然已知每只蠕虫的神经元会发生移位,但没人料到神经元会有不同的基垒。地点在不同的人身上。一些神经元中央胞体的位置在不同动物之间的差异可超过0.02毫米,对于只有1毫米长的动物来说,这是一个相当大的距离。

“没有,Inpidual  C。线虫被认为是统一的,因为它们都有几乎相同的细胞系和固定的神经回路。然而,个体动物之间的位置差异之大确实令人吃惊。该研究论文的第一作者之一、Iino实验室的成员、助理教授Yu Toyoshima说。

研究小组随后使用了他们的新位置变化数据和C。神经连接体脑图谱开发了一个计算机程序来自动识别神经元。该程序使用一个数学算法来分析显微镜下的图像。根据神经元相对于其他神经元的位置,为每个神经元分配统计上最有可能的特征。

该算法的准确率只有60%,这对于全自动细胞识别来说太低了,但它加快了我们的工作速度,使其他项目有可能理解基于全脑成像数据的神经网络。Toyoshima说。

使这个项目成为可能的部分原因是……每个神经元都已经被知道并命名了。在其他动物身上使用类似的技术,需要对基因进行微调,使神经元群在显微镜下发光,并知道需要识别多少神经元。

人类的大脑有数十亿的神经元,所以在单细胞水平上理解我们自己的大脑是极其困难的。线虫的大脑很小,但它们仍然可以学习和改变行为,因此它们可以让我们理解神经元网络是如何创造行为的。Iino说。

参考:"Neurid DataSet 促进神经元注释,用于全脑活动成像 [n; C. elegans" 由 Yu Toyoshima, 斯蒂芬·吴, 马纳米·卡纳莫里, Hirofumi, 月亮 Sun Jang, Suzu Oe, 村上裕子, 高桥太郎, 陈贤朴,玉石石原,石原,Ryo学生和Yuichi Iino,2020年3月19日,BMC生物学。

DOI: 10.1186/s12915-020-0745-2

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