一项新的研究揭示了一种看待大脑神经元的整体方式
视觉神经元上的新镜片正在为哺乳动物大脑的更完整的“家族树”奠定基础。来自Allen Institute的一家祖先脑科学研究所的研究人员团队出版了一项研究 - 最大的日期日志细胞今天揭示了一种新的老鼠神经元分类，它依赖于从每个细胞提取的多种类型的数据。
正如生物学家描绘的进化树，其中的分支代表不同物种的发展和它们之间的关系，一些科学家现在关注细胞画另一种族谱。这棵树描述的并不是栖息在地球上的数百万种物种，而是组成实验室小鼠金橘大小大脑的数百万个神经元。
在DNA测序的出现之前，科学家使用视觉提示来定义物种。动物有皮毛或羽毛吗？喙，爪子，蹄？对于早期研究的脑袋的早期研究也是如此，神经科学家已经意识到我们的神经元和其他大脑细胞有各种各样的形状和大小。但是对这些细胞的详细视觉描述并不能揭示不同神经元如何执行不同的工作，更不用说单个细胞在疾病中可能发生的变化了。
艾伦研究所的研究小组使用一种特殊的技术，从老鼠大脑中处理视觉信息的部分的数百个单独的神经元中，同时捕捉到一个脑细胞的3-D形状、它独特的电特性和它所开启的一组基因。因为这种技术可以从每个单个细胞中获取多种类型的数据，研究人员可以利用这个数据集将神经元分类为不同类型，这是他们建立一个“元素周期表”的更大努力的一部分哺乳动物的大脑。这些数据和细胞分类方案可以把只关注一个特征的其他研究联系起来，从而对不同的脑细胞及其关系有一个更全面的理解。
通过将脑细胞分类为类别或细胞类型，研究如何以及在这些类型的博物群体所做的工作，研究人员希望更多地了解大脑如何作为整体作用 - 以及它可能在疾病中出现问题。
艾伦脑科学研究所电生理学副主任加布·墨菲博士说:“越来越明显的是，在一些疾病中，大脑特定部分的特定类型的神经元存在缺陷。”“我们对存在的不同类型的神经元以及它们的独特之处了解得越多，我们就越能了解，如果你在一种或多种类型的疾病中存在弱点，那么问题出在哪里。”
墨菲和艾伦脑科学研究所执行副总裁兼所长曾洪奎博士共同领导了这项研究;Nathan Gouwens博士，助理研究员;Staci Sorensen博士，神经解剖学副主任。
“这研究本质上提供了一个查找表的其他神经科学家,这样如果你有一个神经元的信息只有一个属性,你可以推断出其他属性,”爱德华·卡拉威说,博士,教授索尔克生物研究所和一个顾问艾伦脑科学研究所他没有参与这项研究。“我们需要这种关联研究来弄清楚大脑真正的细胞类型，这样我们就可以开始描述它们。”这个数据集使这种链接成为可能，毫无疑问，它将成为未来发现的重要资源。”
艾伦研究所的研究人员专注于抑制性神经元，将制动器的细胞类型放在其他神经元的活动中。他们的研究将这些神经元煮沸成28种不同的类型。科学家们以前没有意识到这种在视觉抑制性神经元中存在的多样性。
揭示大脑的新模式神经科学家利用神经元的形状、与其他神经元连接的数量和类型、发送和接收的电子信号的种类以及打开的基因等特征，将细胞分类为细胞类型。大多数研究只关注这些属性中的一个。艾伦研究所的研究人员使用一种被称为Patch-seq的技术从单个细胞中捕获三个:神经元的三维形状或形态;它独特的电特性或电生理学，研究人员用玻璃电极“贴片”在细胞上进行记录;以及它启动的基因序列，或它的转录组特征。
Patch-SEQ是一种复杂的技术。为了生成这个大型数据集，Allen Institute团队成立了一个“管道”，以确保其结果是标准化和高质量的。该团队在目前研究中从4,200多名神经元捕获了电气和基因表达数据。因为建立完整的3-D形态是浪费的，所以他们专注于517个神经元来追踪。这一步骤是通过播放自由神经科学游戏Mozak的游戏玩家的输入进行的，该公司由Allen Institute和华盛顿大学游戏科学中心开发。
这是神经科学一个分支在21世纪的转折，可以追溯到19世纪最先描述许多问题的科学家神经元通过他们的形状。
“通过这种方法，我们现在通过将转录组织添加到学习围绕100多年以上的神经元形态的方法来学习大脑的新东西，”Sorensen说。“使用转录组织标记为标记细胞类型一直是革命性的。当我们以这种方式排序细胞时，我们能够透露我们之前没有注意的模式。”
近期，艾伦研究所的研究人员希望利用他们的神经元查询表来揭示更多关于正在进行的绘制大脑接线图项目的信息。这项由iarpa支持的合作项目的研究人员正在对小鼠大脑的一立方毫米进行异常详细的成像和测绘。在这个小小的大脑立方体中出现的脑细胞的三维形状可以映射回Patch-seq数据，让科学家们收集到关于如何进行的新见解大脑单元格类型连接以形成电路。
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