建立一个大脑：开创性的研究揭示了脑组织结构的原理，装配

了解大脑作品如何是医学科学的最重要目标。但是，凭借数十亿个紧密的神经元，人类大脑令人生意地难以想象和地图，可以为长期难治性疾病提供给治疗的途径。

在下周发布的一个主要提升自然，科学家们第一次报告了大脑中的基本类型组织组织的结构，称为神经统计，以及导致蛔虫中神经潜能组件的发育途径C. Elegans.。这项多学科研究是由5个实验室合作完成的，其中包括伍兹霍尔海洋生物实验室(MBL)的科学家，该实验室主持了大部分的合作。

耶鲁大学医学院的资深作者兼MBL研究员Daniel Colón-Ramos说:“神经pil是一种组织级别的组织，可以在从蠕虫到人类的许多不同类型的大脑中看到。”“当事物在自然界中受到保护时，它们就很重要。”

“但试图了解神经潜入结构和功能是非常具有挑战性的。这就像看着一只意粉碗一样，”Colón-ramos说。“数百个神经元彼此顶部，互相触动，通过动物大脑的不同部分进行数千个选择。您如何以可理解的方式描述神经疏忽组织？这是这方面的贡献之一纸。”

作者集中在神经潜入中C. Elegans.神经戒指，一个缠结的181个神经元的捆绑，用作蠕虫的中央处理单元。通过创新的网络分析和成像策略的融合，他们透露，神经环被组织成四层或地层。它们显示出这些层，包含用于处理感官信息和电机行为的不同域。他们能够将蠕虫的感觉器官和肌肉象限映射到相关的地层上。

该团队还发现了独特的神经元，可以整合跨地层的信息，并在层周围构建一类“笼子”。最后，他们表明，在开发的蠕虫胚胎中，使用由MBL研究所的哈里·施，以及MBL调查员Abhishek Kumar开发的高分辨率轻微的光纸显微镜，以及MBL研究员Abhishek Kumar。

“这是一个范式的转变，我们将两个通常不会同时出现的领域——计算生物学和发育生物学结合起来，”第一作者、耶鲁大学医学院神经科学副研究员马克·莫伊尔说。“我们证明，通过使用计算方法，我们可以理解神经pil的结构，然后我们可以使用这些知识来识别导致正确组装该结构的发展过程。”

这种方法可以作为理解神经血症组织在其他动物大脑中的蓝图，作者州。

从建筑物到自治市镇到纽约市

C. Elegans.是所有动物中最了解的神经系统。30多年前，约翰·怀特、悉尼·布伦纳和同事们发表了这种蠕虫的“连接体”——302个神经元的接线图以及它们之间的约7000个突触连接。自从那个开创性的研究，几乎每一个神经元C. Elegans.已经表征了：它的形状，功能类别，它参与的神经电路及其发展细胞谱系。

但是，缺少的是这些细胞和电路如何在空间和时间内集成的照片。

Colón-Ramos和团队分析了神经环中181个神经元之间的所有膜接触的公开数据。然后，它们将新颖的网络分析到基于“邻域”的组细胞基于其联系方式 - 原则上类似于Facebook用于根据人们的共同联系方式建议朋友。这揭示了Neuropil的分层结构，并使该团队能够在高阶神经结构的上下文中了解功能电路的上下文中的细胞单元相互作用（参见视频1）。

“突然间，当你看到它的结构时，你就会意识到所有这些关于动物行为的知识都在大脑的结构中有了一个家，”Colón-Ramos说。

“通过类比，而不是在纽约和西侧的东侧知识，布鲁克林和皇后，你突然看到了这个城市如何融合，你了解社区之间的关系。”

“所以现在我们可以看到，‘好吧，这就是为什么这些行为是类似反射的，因为它们是直接进入肌肉的回路。这就是他们如何与运动项目的其他部分相结合。”有了这个结构，你就可以产生新的模型，关于信息是如何被处理和分配的，从而导致行为，”Colón-Ramos说。

重建神经环的产生与发育

大脑是一个发育的产物，从一个胚胎细胞分裂开始，到一个完整的器官结束。“秩序通过时间出现。我们的下一个问题是，你如何指导层状结构的形成?所有这些决定是如何同时在数百个细胞中发生的，但却导致了有组织的层?这些决策是如何通过时间和空间进行协调的?”Colon-Ramos说。

“分层结构是大脑组织的基本单位——视网膜是一层，皮层是一层。如果我们能了解蠕虫的这一点，我们就能建立模型，帮助我们了解其他脊椎动物器官(比如眼睛)的层次发育。”Colón-Ramos说道。

这部分研究始于2014年，当时Colón-Ramos和Moyle开始与MBL的显微镜开发者Shroff和Kumar合作。“我们一开始是建造一个显微镜(dispShroff说，让我们看看比时间的工具更好的空间和时间分辨率。“

然后他们识别了每个细胞C. Elegans.胚胎使用由Sloan Kettering Institute共同作者联合Bao开发的疯狂方法（这些发现是编目的wormguides.org.）。“这是一个痛苦的过程，但做得非常重要，”埃斯托说。

经过多年分享MBL的实验室，对Dispim系统进行了众多调整，与其他批判性的技术的集成，并且充满了挫折，合作者成功地解决了发展序列C. Elegans.Neuropil并揭示指导其分层组织的原则（见视频2）。

“如果没有长期，温柔的成像，这将是不可能的，”Colón-ramos说。“在开发技术方面，许多变化似乎是增量的，但实际上非常有利，允许我们以前做某事。我们所需要的变化往往在两个具有不同词汇的学科之间落下，而且需要延长，重点，彻底的对话来识别它们。这就是我们在MBL启用的协作。“

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