美国“脑计划”取得重大进展:哺乳动物大脑运动区域有详图可研究 _光明网

点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:美国“脑计划”取得重大进展:哺乳动物大脑运动区域有详图可研究
首页> 科技频道> 头版头条 > 正文

美国“脑计划”取得重大进展:哺乳动物大脑运动区域有详图可研究

来源:科技日报2021-10-09 10:43

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  美国“脑计划”的细胞普查项目(BICCN)绘制了哺乳动物(小鼠、猴子和人类)初级运动皮层的细胞类型图谱和神经元解剖接线图。该图谱为更深入地研究哺乳动物大脑其余部分的细胞类型奠定了基础。这些发现以17篇论文的形式发表在《自然》杂志专辑上。

  小鼠大脑图谱旨在解析小鼠大脑的基因组学基础形式和功能,可作为相关人类研究的模型。

  图源:艾伦脑科学研究所

  美国国立卫生研究院(NIH)院长弗朗西斯·柯林斯表示:“由于这项开创性的合作研究,我们现在对大脑运动皮层的细胞及其基本功能特性有了全面了解。该图谱将为未来研究物种内部和跨物种大脑的结构和功能提供跳板。”

  人类能全面了解自己的大脑吗

  人脑是一个极其复杂的器官,由大约1000亿个神经元、大致相同数量的非神经元细胞和数万亿个神经连接组成。尽管所有人都具有相同的一般大脑结构,但多种环境和遗传因素会影响我们大脑的发育和功能。换句话说,每个人的大脑都反映了他们独特的背景和生活经历。

  在脑外科患者捐赠的脑组织切片上进行的人类神经元的数字重建叠加。艾伦脑研所研究人员通过一种称为Patch-seq的技术从这些活的人类神经元中获取电信息以及它们的3D形状和基因表达。这张图片显示了人类大脑最外层新皮层内侧颞回中的几种不同类型的神经元。

  图源:艾伦脑科学研究所

  全面了解构成大脑的所有细胞类型、它们的特征以及它们在个体之间的差异,对于理解是什么让我们人类与众不同至关重要。了解在大脑结构和功能发展中起作用的因素,也是了解精神分裂症、成瘾、癫痫症和阿尔茨海默病等疾病如何发展的重要环节。

  与啮齿动物相比,人类神经元似乎高度专业化。艾伦脑研所的科学家们正在研究这些神经元,其中一种类型是CARM1P1神经元,它们在大脑中发送远程连接,并且可能选择性地易受阿尔茨海默病的影响。

  图源:艾伦脑科学研究所

  NIH神经系统疾病和中风研究所所长瓦尔特·科洛谢茨表示,现在人们迫切需要开发针对大脑疾病的疗法。

  值得高兴的是,BICCN的研究能为科学家提供工具,通过基因组疗法,使精确靶向细胞类型和神经网络成为可能,从而治疗那些影响人们思维、记忆、情绪和运动的疾病。

  为深入了解大脑提供前所未有的细节

  过去10年的科学进步,使研究人员从仅能分析脑细胞的物理特征,转向研究细胞功能背后的分子特征。研究人员现在可以检视转录组(细胞中完整的基因读数集,其中包含制造蛋白质和其他细胞产物的信息)和细胞的表观基因组(对细胞DNA的化学修饰集,它改变了细胞遗传信息的表达方式)。技术创新已扩展到可对数千万个单细胞进行快速、经济、高效的分析,以更好地了解大脑的组成部分。

  转基因小鼠的脑切片,其中大脑皮层中基因定义的神经元用红色荧光标记。

  图源:艾伦脑科学研究所

  这些科学进步为研究人员提供了前所未有的细节,可以更深入地了解大脑的结构和功能。2017年,BICCN汇集了研究团队,协同开发了人脑、猴脑和小鼠脑中细胞类型的综合参考图谱。他们对哺乳动物大脑的不同细胞进行编目和绘制图谱,就像人口普查员记录个人的统计和地理特征一样。研究人员专注于初级运动皮层,这是一个参与控制复杂运动的大脑区域,已知在哺乳动物中具有相似性。

  在当前的一系列研究中,研究人员使用从运动皮层的数百万个细胞中获得的一系列单细胞转录组和表观基因组测量值来创建跨物种、数据驱动的脑细胞类型框架;结合电生理学、形态学和电路追踪方法来表征所发现的脑细胞类型;用来自单细胞转录组和表观基因组分析的数据来识别独特的基因标记,这些标记定义了在初级运动皮层中发现的许多不同细胞类型。重要的是,这项工作不仅仅是描绘细胞类型的纲要,它还确定了能精确监测和调节特定细胞神经活动的遗传工具。

  研究人员在小鼠、猴子和人类中发现了相似的细胞类型,同时也发现了基因表达的重要差异,这可能是这3个物种处理神经信息方式发生变化的原因。

  研究者从此有了大脑“参考资料库”

  美国国家心理健康研究所所长乔舒亚·戈登博士说,通过对来自多种尖端技术的数据进行令人印象深刻的整合,BICCN创建了一个全面的“参考资料库”,对哺乳动物初级运动皮层中发现的多种类型的细胞进行了编目和表征,描述了它们的比例、空间分布、解剖学和生理学特征以及分子遗传图谱。这项工作代表了关键的一步,将大大加快人们了解大脑的进展速度。

  这些初步结果为未来深入研究哺乳动物大脑的细胞结构和功能奠定了基础。未来研究将努力了解大脑如何成熟和发育,以及不同细胞类型在创造复杂思维和行为中所起的作用。(记者 张梦然)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 西安疫情防控一线直击

  • COP15会场免费向公众开放

独家策划

推荐阅读
青藏高原多年冻土发生了显著退化,表现为地温升高、活动层厚度增大、多年冻土层厚度变薄、长期被埋藏的地下冰缓慢融化。
2021-10-20 09:32
此次获奖的真锅淑郎与哈塞尔曼,便是将短期的天气变化作为一种背景噪声,并将其同长期的气候变化结合起来,将时间尺度与空间尺度相结合,构建出了相对完善的气候模型。
2021-10-20 09:32
该校细胞动力学教育部重点实验室与生命科学学院姚雪彪、刘行、臧建业团队与合作者在细胞更新质量控制研究方面取得重要进展,相关研究结果日前在《自然·化学生物学》在线发表。
2021-10-20 09:31
科学家发现,植物体内的两种物质——SPL转录因子和GATA转录因子,都是SAP05“绑架”的对象,也都是植物生长发育中不可缺少的角色。
2021-10-20 09:31
强化“节能监察+节能诊断”双轮驱动,加快节能技术改造升级,有序推进工业领域减量高效利用化石能源,大力推进工业节能提效,促进行业绿色低碳发展。
2021-10-20 09:30
近日,中共中央、国务院印发的《国家标准化发展纲要》(以下简称《纲要》)明确要加强关键技术领域标准研究。
2021-10-20 09:29
本次试验标志着整体式固体发动机推力“120吨、200吨、500吨”三步走计划的全面实现,对丰富我国运载火箭动力型谱,提升快速进入空间能力意义重大。
2021-10-20 09:28
制约我国虚拟现实产业发展的因素还有不少,尤其是关键核心技术短板亟待突破、存量优质虚拟现实内容不足、产业创新生态体系尚不成熟。
2021-10-20 09:28
补钙很重要,但预防骨质疏松仅仅靠补钙还不够。“骨质疏松的根源是缺钙,而钙的吸收和利用需要活性维生素D。
2021-10-20 09:27
目前,新冠感染的无创呼出气筛查系统正计划扩大样本量,开展进一步优化与测试,以实现推广应用。
2021-10-20 09:27
加入协作网之后,国家级和省级牵头医院为成员医院开展医务人员培训,重点就是提高临床医生识别、诊断、治疗罕见病的能力。
2021-10-20 09:26
这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说,揭示了月球晚期岩浆活动过程。
2021-10-20 09:26
南通大学医学院本科生团队近日自主研发了一款高效的DNA调控元件及超增强子筛选平台——SPACE,有助于发现新的DNA调控元件,进而调控肿瘤的分子机制。
2021-10-20 09:25
除主题展示外,国家有关部门和地方将在郑州举办创业投资行业峰会、全面创新改革交流研讨会、中原科技城双创嘉年华等活动。
2021-10-20 09:24
随着该产品在国内获批,将有望打破我国神经外科高性能可吸收止血耗材领域被国际品牌垄断的局面。
2021-10-20 09:24
再生资源产业数字化平台启动实现全国上线后,业务范围将进一步向全国拓展,从而为我国再生资源产业实现数字化交易和智能化服务赋能。
2021-10-20 09:28
现在,胡丹的公司日均生产大米200吨,流转土地面积达2万亩,拥有各式农机68台套,年产值逾亿元,共带动周边农户5000余户增收。
2021-10-20 09:23
10月18日,以“智领试飞、逐梦蓝天”为主题的第五届COMAC国际科技创新周在中国商飞公司试飞中心开幕
2021-10-20 08:11
金秋十月,入夜后,热闹的夏季银河已渐渐西垂。秋凉如水的夜晚,如果天气晴好,有兴趣的公众眺望夜空,会发现在南方中天,有四颗星星以近乎“正方形”的组合出现,这就是北半球秋天标志性的“秋季四边形”,也称“飞马座四边形”。
2021-10-19 09:43
“羲和”是上古神话中的太阳女神与制定时历的女神。10月14日,以“羲和”命名的我国首颗太阳探测科学技术试验卫星在太原卫星发射中心成功发射,这标志着我国正式步入“探日”时代。
2021-10-19 09:42
加载更多