小鼠神经元数量(小鼠脑神经元数量)

大脑是我们每个人的“顶级配置”。我们之所以有情绪，能够学习、记忆、运动、睡个好觉，都离不开大脑的调节。神经元是大脑功能的基本单位，其三维结构特征可以揭示神经信号在大脑中的流动，反映大脑中神经网络的连接情况，也是识别神经元类型的重要参数。
然而，要清晰地看到和重建大量神经元的全脑形态，仍然存在许多瓶颈。10月13日，科技日报记者从东南大学获悉，该校联合艾伦脑科学研究所、华中科技大学、温州医科大学、腾讯等机构，生成了目前世界上最大的关于小鼠的1741个单细胞神经元的数据集，从皮层、屏核、丘脑、纹状体等脑区识别出11种主要的神经元投射类型。这些结果最近发表在国际期刊《自然》上。
“虽然鼠脑和人脑有差异，但在结构和细胞类型上大体相似。因此，对小鼠大脑神经元的研究，为分析人脑的神经元类别，探索精神分裂症、自闭症、抑郁症等神经系统疾病的发病机制提供了重要信息。”论文的共同第一作者、东南大学脑科学与智能技术研究所副研究员刘丽娟告诉科技日报记者。
许多瓶颈制约了全脑神经元网络的重建。
走进东南大学脑科学与智能技术研究所(以下简称东脑所)，工作人员正在电脑前标注小鼠大脑的神经元结构信息。在屏幕上的大脑轮廓中，尽管对神经元进行了选择性标记，但神经元的结构仍然很密集，像一堆线。
人脑中大约有860亿个神经元，神经元之间有序的连接网络决定了大脑能实现什么功能。了解神经元的结构并可视化连接路径将有助于阐明神经元的功能。
小鼠是研究脑科学的重要模型动物。他们有学习、记忆和社交能力，他们的大脑有数亿个神经元。观察小鼠的神经元结构，对了解人脑的结构和功能有很大的参考价值。
然而，长期以来，高通量全脑神经元网络的重建一直是一个瓶颈。
“老鼠的大脑只有成人指甲盖大小左右，有蛋白质之类的结构，不透明。所以普通的光学显微成像技术很难获得全脑图像，这也是全脑研究的难点。”刘丽娟说，在这项研究中，研究团队构建了选择性标记的小鼠品系样本，中科院院士罗庆明教授和华中科技大学龚辉教授团队完成了基于荧光显微光学切片层析成像系统的高分辨率小鼠全脑图像采集。
但高分辨率也使得小鼠全脑图像体积庞大，达到15-20 TB，对图像平台的算法和数据处理能力提出了极大的挑战。
“有些神经元信号很弱，很难看清，神经元分支也很复杂。一旦跟踪错误，就无法准确还原神经元形态，即追逐神经元发送信号的错误路径。”刘丽娟说的是真的。整个大脑神经元结构庞大。有些老鼠的大脑皮层细胞可以横跨两个大脑半球，分支很多，总长约40厘米。因此，准确快速地重建神经元是非常困难的。
在1741个神经元的数据集中捕获了11种投射类型。
为了解决这些问题，东方脑研究所和上海大学王益民博士的团队开发了一个三维可视化Vaa3D-TeraVR平台。在VR模块中，研究人员可以佩戴VR设备，“沉浸”在神经元结构中，从而大大降低了重建复杂且难以区分的神经元的难度。
同时，东脑所建立了自动化和人工相结合的神经重建流程，使神经元的形态学“捕捉”更加高效和准确，并与安徽大学曲磊教授合作开发了图像配准算法mBrainAligne
借助这些神经元的大数据，研究团队迅速“捕捉”到11种主要类型的神经元投射。
“其中，曾经被认为是意识开关的屏核和外侧皮层属于同一个转录组范畴Car3，但实际上它们的投射去向却大相径庭。平面状核内神经元的平均投射面积可达20个，单个神经元的投射去向差异很大。”
令团队高兴的是，具有相同转录组信息的神经元表现出多种神经元形态，这表明神经信号传递到不同的脑区。
“神经元形态的多样性为多层次理解神经元的功能，揭示神经元形成的复杂神经回路提供了直观的切入点。”刘丽娟解释道。
来源：科技日报