Science重磅發布：人類大腦細胞結構的三維概率圖譜

細胞結構是腦微結構劃分的基本參照。在這裡我們介紹Julich-Brain，一個包含皮層區域和皮層下核團的細胞結構3D圖譜。該圖譜以概率的方式研究了個體大腦之間的差異。構建這樣一個腦圖譜是需要開發嵌套的、相互依賴的工作流程，用於檢測大腦區域之間的邊界、數據處理、起源追蹤，以及靈活地執行處理鏈，以處理不同空間尺度上的大量數據。間隙映射補充皮層映射，以實現皮層的完整覆蓋。

圖譜的概念是動態的，例如，隨著映射方面的進展而不斷調整，公開支持健康受試者和患者的神經影像學研究，以及建模、仿真和交互操作，以連接其他的圖譜和資源。

Julich腦圖譜是基於23個人死後大腦的組織學切片獲得的。經過41個項目，繪製出了人類大腦的248個細胞結構區域圖（圖1）。

圖1：MNI-Colin27參考空間中Julich腦圖譜的細胞結構最大概率圖。

研究者經過長期的對人類死後的大腦研究，汲取了各種皮層和皮層下區域的細胞結構映射的專業知識，以及利用局部集群和超級計算機開發穩健和自適應工具。隨著時間的推移，所有方面都發生了變化，但最終匯聚成統一的、可複製的、概率性的腦圖譜（圖2）。

圖2：連續腦組織切片的三維重建和數據配準到參考空間的工作流程，細胞結構分析在二維圖像，計算概率Julich腦圖譜。

Julich 腦圖譜是用一個模塊化的、靈活的、自適應的框架來創建概率性的細胞結構圖譜。在一個共同的立體定位參考空間中，Julich腦圖譜允許比較不同研究中獲得的功能激活、網絡、基因表達模式、解剖結構和其他數據(圖3)。

圖3：Julich腦圖譜應用舉例。(A)人腦HBP圖譜中顯示是基於網絡圖譜工具的的概率圖。(B) JuGEx能夠分析細胞結構圖(C) 中的差異基因表達，探索基於DTI的連通性(如左Broca's 45區)。(D)在一名腦損傷和失語症患者的數據集上疊加Broca 44區的概率圖。該圖譜可以精確地描述神經影像學發現的微觀解剖位置，並且使用圖譜作為一個掩模工具來量化這些發現。

綜上所述，Julich-Brain代表了一種新的人類腦圖譜，即:

(1)應用細胞結構微觀地分割大腦區域；

(2)覆蓋整個大腦, 從皮層和皮下核團；

(3) 3D概率圖譜, 考慮不同個體的大腦在立體空間的定位；

(4)動態圖譜, 輔以新領域的地圖, 或者現有地圖的細分領域, 例如, 當新的研究建議更精準或分割；

(5)靈活, 允許修改工作流程，用於其他數據的模型, 器官和物種；

(6)開放獲取和基於FAIR原則, 其他研究人員也可用於處理結構-功能關係和網絡構造；

(7)可交互, 它能夠連結到其他圖譜和資源以提供大腦組織的補充信息。

文章信息：

Katrin Amunts et al. Julich-Brain: A 3D probabilistic atlas of the human brain’s cytoarchitecture. Science, 2020, doi:10.1126/science. abb4588.

編譯作者：CholeFu（brainnews創作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）