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17篇论文共绘大脑运动皮层细胞图谱

来源:《中国科学报》2021-10-08 10:11

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  把手放在额头上,你可能觉得这很简单,但这个动作却需要大脑不同区域数以百万计的神经元齐心协力发出信号,以每小时200英里的速度从大脑传送到脊髓,然后再到肌肉,从而移动你的手臂。

  在细胞水平,快速运动是一个高度复杂的过程。现在,美国国立卫生研究院大脑皮层运动神经元图谱景观以及数据库联盟(BICCN)的科学家首次精确绘制了人类、老鼠和猴子大脑中控制运动区域的神经元和其他细胞的图谱。该结果将为绘制整个哺乳动物的大脑,以及更好地理解大脑疾病铺平道路。

  近日,《自然》发表17篇文章描述了该图谱。

  要解构由数百亿神经元组成的思考机器——大脑,研究人员需要一个“零件”清单,即大脑细胞类型库。神经科学家一直在努力将清单标准化。现在,这个由400多名研究人员组成的联盟,分析了从大脑参与协调运动的区域中提取出来的数百万个细胞。

  研究人员将细胞的遗传特征及形状、位置和电活动模式进行了对比,从而确定了人类大脑100多种细胞类型,可帮助研究人员确定受脑疾病影响的细胞类型,在动物模型中识别相应细胞,并更好地开展针对性治疗。

  “这个细胞图谱就像神经科学的罗塞塔石碑。”未参与该项目的瑞典卡罗林斯卡学院的神经科学家Jens Hjerling-Leffler说。

  要绘制该图谱,BICCN研究员、哈佛大学生物物理学家庄小威表示,单靠测序并不能说明问题的全部,“我们还需要知道细胞在大脑中的位置,以及它们的邻近细胞是什么、如何相互作用”。

  为了有效收集信息,研究人员将注意力集中在横跨大脑顶部的条状组织——初级运动皮层,该区域负责协调肌肉运动。研究人员表示,目前的技术可同时捕获多个特性。例如,庄小威实验室开发的一种方法可以让研究人员在脑组织切片中成像上千RNA序列,揭示细胞的转录组及其相对位置。

  在BICCN的数据中,根据转录组分类的细胞共享其他特征,如位置、形状和电活动。BICCN科学家在一篇总结该工作的论文中写道,这一发现“为分子定义细胞类型提供了强有力的验证”。

  英国伦敦大学学院临床遗传学家Mina Ryten说,新的细胞普查可能会塑造研究人员为脑疾病建模的方式。“实际上很难预测一个基因突变会对一个人产生什么影响,部分原因是你没有一个框架来理解它是在哪种细胞类型中表达的。”

  BICCN的数据可帮助科学家确定哪些人类细胞类型最容易受到特定突变的影响。在创建部分细胞清单后,研究人员表示,仍然需要研究细胞类型在正常运作的大脑中是如何相互作用的。(唐一尘)

[ 责编:赵宇豪 ]
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