高解析度完整小鼠大腦三維地圖集發布—新聞—科學網

2020-11-24 科學網

 

 

 艾倫小鼠大腦通用坐標框架第三版

經過3年密集的數據收集和仔細繪圖，製圖者的工作完成了。他們繪製了複雜「地形」，包括高峰、山谷和邊界，但實物只有半英寸長，重量還不及一粒軟心豆粒糖：實驗室老鼠的大腦。

在5月7日發表於《細胞》上的一篇論文中，美國艾倫腦科學研究所科學家描述了這一製圖壯舉——艾倫小鼠大腦通用坐標框架第三版（CCFv3），一個完整的、高解析度的小鼠大腦三維地圖集。研究人員表示，該框架將成為神經科學領域的一個參考。

小鼠被廣泛應用於生物醫學研究，其大腦包含大約1億個細胞，每個細胞分布在數百個不同的區域。隨著神經系統科學數據集變得越來越大、越來越複雜，一張通用大腦空間地圖變得越來越重要。

「在過去，人們會用眼睛定義大腦的不同區域。隨著越來越多數據的湧現，人工管理難以滿足需要，就像我們有一個參考基因組序列一樣，人們需要一個參考解剖學。」艾倫腦科學研究所的Lydia Ng說。

全腦CCFv3建立在2016年版本的基礎上，後者繪製了小鼠大腦最外層的整個皮層。而且，以前版本是低解析度的3D地圖，而CCFv3的解析度足夠好，可以精確定位單個細胞的位置。

為了製作地圖集，研究人員將大腦分成微小的虛擬3D塊，並為每個塊分配一個唯一的坐標。這一3D結構數據來自近1700個動物的平均大腦解剖結構。然後，研究小組將這些小塊分配到小鼠大腦中數百個不同的已知區域，並在不同區域之間小心地畫出邊界。

研究人員表示，你可以把它想像成神經科學中的手機GPS。它們會告訴你所在的位置，而不需要你在紙質地圖上手動搜索位置。對於包含成千上萬條不同信息的數據集來說，這些共同的坐標——以及這些坐標對應的大腦地標——是至關重要的。

從歷史上看，大腦地圖集是用2D繪製的，從不同深度觀察大腦，並將它們排列起來。但對於觀察整個大腦神經元活動或細胞特徵的現代神經科學研究，3D地圖集能提供更好的信息。

華盛頓大學助理教授NickSteinmetz說，他們利用CCFv3分析數據，發現大腦參與視覺選擇的部分比他們之前意識到的要多。「必須有大局觀，CCFv3能幫助我們一起看所有的結果。」他說。

研究人員表示，未來的地圖集可能會依賴於機器學習或其他形式的自動化，而不是目前版本中費力的手工管理。

相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.007

 

版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。

相關焦點

  • 老母親「露西」的大腦更像誰—新聞—科學網
    這種古老人屬的大腦比分布在東非各地的黑猩猩大腦更大。 最近，一項對遠古幼童的新研究發現，雖然南方古猿阿法種有著類似猿類的大腦結構，但大腦要花更長的時間才能發育到成年的大小，這表明它們的嬰兒可能更依賴於看護者的照料，這是一種類似人類的特徵。 科學家通過測量和分析人類遠古祖先的頭骨化石，以估計其大腦的體積和生長。
  • 皮膚細胞幫小鼠重見光明—新聞—科學網
    移植後3個月，免疫螢光研究證實了化學誘導的光受體樣細胞（綠色）的存活，並且細胞與小鼠視網膜層出現整合。他們將這些實驗室製造的杆狀物移植到失明小鼠眼睛後，這些動物能夠探測到光線。4月15日，這項研究刊登於《自然》。 喪失光感受器——感受光的細胞——是大部分視網膜疾病（老年性黃斑變性和糖尿病視網膜病變）的常見結果，最後會導致患者出現不可逆的失明。之前，科學家已經能從動物模型的皮膚或血細胞中製造幹細胞，並將這些幹細胞編程成光感受器，然後將其移植到動物眼睛的後部。
  • 一個細胞一個細胞地跟蹤早期心臟形成—新聞—科學網
    小鼠胚胎心臟初期圖像     圖片來源：牛津大學 近日，研究人員在單細胞解析度上繪製出了小鼠胚胎心臟起源的圖譜，幫助確定了在發育初期構成心臟的細胞類型。相關論文刊登於《科學》。 研究人員對胚胎小鼠心臟進行了顯微解剖，以觀察一種非常早期的細胞條紋——心臟新月，如何轉變為線狀心臟管。研究人員利用高解析度成像、延時顯微鏡和單細胞RNA測序識別了細胞類型，能夠在大約12小時的發育過程中跟蹤不同群體的心肌祖細胞的發育。 新技術使他們第一次確定了一組祖細胞，它有助於心肌細胞和早期心外膜（心臟最外層）形成。
  • 我國首部3D中國地圖集出版 三維城市躍然紙上
    在當代生活中，地圖已成為必備的生活工具，不論是傳統的紙質地圖，還是現今配備人工智慧大腦的在線地圖，始終圍繞真實還原現實世界、為人類決策提供輔助的本質在前進、發展。即使是智慧型手機指引人們走遍天下的年代，實體地圖仍舊具有不可替代的地位。
  • 科學家們繪製小鼠大腦的詳細3D結構圖譜
    據外媒BGR報導， 科學家們近日已經完成一個歷時三年的項目，其旨在為實驗室小鼠的大腦製作一個詳細的3D結構「圖譜」。 由此建立的模型將幫助科學家們更好地了解使用嚙齒類動物進行的治療和測試的效果。實驗室小鼠是專門為測試目的而飼養的，它們往往是第一批感受到藥物效果的動物，從阿爾茨海默病到背痛等所有治療疾病的藥物，以及所有的治療方法。考慮到這一點，研究人員想儘可能多地了解小鼠的大腦是有道理的，一個為期三年的項目剛剛完成了有史以來最完整的小鼠大腦「圖譜」。
  • 大腦開關讓小鼠「假死」
    小鼠能進入一種類似冬眠的狀態。圖片來源：Rudmer Zwerver/Alamy　　近日，《自然》報導了研究人員關於一種「大腦開關」的新發現，這種開關可以使飢餓的老鼠進入類似冬眠的狀態以節約能量。　　研究人員希望能在人類身上誘發類似的狀態。
  • 心臟跳大腦抖 神經元分類更精確—新聞—科學網
    這項研究有助更好地理解大腦中不同類型的細胞如何相互作用，從而產生認識和行為。相關論文日前刊登於《細胞報告》。 按照慣例，科學家基於神經元的波形對其進行分類，波形即每一個神經元在處於激活狀態時所發射的特徵電活動模式，也就是「尖峰」。每一個神經元的波形各不相同，通過測量波形的寬度，科學家可以將神經元分為兩類：窄波形神經元、寬波形神經元。
  • 我國首幅3D地形圖誕生記—新聞—科學網
    該中心科研攻關人員檢校3D地形圖成果質量【科學網 記者 劉曉倩 通訊員 邊紅星、楊忠傑】蘭州軍區某測繪信息中心利用3D列印技術成功列印出我國第一幅3D地形圖的消息日前在《人民日報》、央視《新聞聯播》等媒體刊（播）發後，很快被全國上百家報刊、網站轉載，受到讀者的廣泛關注和好評。
  • 王堅:「城市大腦」開啟算力時代—新聞—科學網
    與道路和路網、電力和電網相似，算力階段有兩樣東西非常重要：數據和基礎設施，而這個基礎設施就是『城市大腦』，它能給一座城市帶來強大的計算能力。」  王堅介紹，「城市大腦」包括三個核心要素：一是"城市大腦"是城市的新的基礎設施；二是數據資源作為城市發展的新資源；三是計算是城市新的能源動力。
  • 地學系陽坤課題組發布中國區域高解析度氣象驅動數據集
    地學系陽坤課題組發布中國區域高解析度氣象驅動數據集清華新聞網3月27日電 近日，清華大學地球系統科學系陽坤教授課題組在《科學數據》（Scientific Data）上發表題為「首套面向中國區域陸面過程研究的高解析度氣象驅動數據集」（The first high-resolution meteorological
  • AI將衛星「廢片」變成高解析度地圖資源
    近日，清華大學理學院院長、地球系統科學系主任宮鵬介紹，在高性能雲計算的支持下，通過數據建模、人工智慧算法等手段，清華大學地球系統科學系製作完成了首套中國30米逐日無縫遙感觀測數據集，以及逐季節土地覆蓋和逐年土地利用的數據集，讓「拼圖無解」的衛星「廢片」能夠成為高解析度的地圖資源。
  • 三維人體地圖走近公眾健康生活
    5月17日，美國健康在線網絡和通用電氣健康創想網站共同發布了名為「人體地圖」的人體三維解剖圖譜，同時提供了大量的醫療健康信息，使我們離那個「不可思議」的目標越來越近。 □甘曉 在過去，我們想要了解身體某個部位，需要上醫學解剖課，或是到那些用福馬林泡過的標本中尋找。
  • 【新技術】透視大腦!新型X射線顯微鏡技術全腦高解析度快速成像
    繪製出大腦所有神經元及其之間的連接,建立精確的大腦圖譜，一直以來是神經科學領域「戰略高地」。這種高解析度的單細胞水平的圖譜可在闡明大腦功能中實現「精準定位」。
  • 迄今最大宇宙三維地圖「出爐」
    據物理學家組織網20日報導，在對400多萬個星系和蘊含巨大能量的超亮類星體進行分析後，國際斯隆數字巡天調查（SDSS）項目近日發布了迄今最大的宇宙三維（3D）地圖，講述了宇宙在110億年間的膨脹故事，填補了人類目前在宇宙史探索中重大空白。
  • ToPoGun(數位化三維模型軟體)使用手冊
    ToPoGun(數位化三維模型軟體)是一款功能非常強大的地圖烘烤和重鋪路面的設計軟體。ToPoGun具備有可植性，是一個獨立的應用程式，用戶可以快速上手熟悉基礎編輯、基礎創建、繪畫、橋接等工具的使用方法。
  • 脂肪小滴也是抗菌利器—新聞—科學網
    Parton研究小組對小鼠和人體細胞進行了一系列實驗，他們近日在《科學》發表文章稱，脂滴攜帶一系列參與免疫反應的蛋白質。當危險的細菌進入細胞時，後者會釋放化學警報信號，激活脂滴上的免疫蛋白，從而殺死接近脂滴的任何細菌。 Parton解釋道，細胞已經把它最脆弱的部件之一武裝起來，把脂滴當做一個蜂蜜陷阱，吸引細菌，再用其中的免疫蛋白質殺死這些有害闖入者。
  • 三維地圖:精雕細琢還原真實世界
    舉個例子，相信大家對導航並不陌生，導航中的三維地圖場景裡可以看到各種摩天高樓，縱橫交錯的大街小巷和各種花草樹木等地理要素，這就是將現實場景克隆到虛擬世界中，讓人足不出戶就能感知真實世界。來來來下面就讓筆者帶大家看看我們是如何「蓋」房、「鋪」路、「架」橋、「種」樹打造新天地的吧！
  • 研究揭示環境影響花粉過敏病症的生理機制—新聞—科學網
    研究人員針對上海地區典型的懸鈴木花粉引發過敏性肺炎問題，選取小鼠和肺上皮細胞為研究研究對象，通過動物模型的建立，採用多學科交叉方法對花粉誘導的過敏性肺炎從生理、生化特徵變化和基因、蛋白差異表達進行了全面的分析；並結合體外肺上皮細胞實驗證實了細胞自噬反應在環境因子影響花粉過敏病症中扮演重要的作用。
  • 小鼠桶狀皮質抑制產後結締組織的發育
    小鼠桶狀皮質抑制產後結締組織的發育 作者：小柯機器人 發布時間：2020/12/4 16:26:44 德國馬克斯·普朗克大腦研究所Moritz Helmstaedter小組發現，小鼠桶狀皮質抑制產後結締組織的發育
  • 臺灣峽谷深水重力流地貌成因機制獲揭示—新聞—科學網
    研究人員利用高解析度深水多波束測深資料及多道地震剖面，在南海東北陸緣臺灣峽谷內部及周緣識別出多種深水重力流地貌，這些地貌規模隨著流速降低呈逐漸減小的趨勢，揭示了重力流對臺灣峽谷的強烈改造作用。 相關論文信息：https://doi.org/10.1111/sed.12818   版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。