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  希伯来大学和哈佛大学的研究人员开发出映射大脑电路的方法

  2015年4月28日

  在自然方法今天发表的新研究中,来自耶路撒冷希伯来大学和哈佛大学的科学家们宣布了一项“神经元定位系统”。 (NPS)映射大脑的电路,类似于全球定位系统(GPS)接收器如何对地球上的一个位置进行三角测量。

  

  一个多世纪以来,神经科学家一直试图揭示大脑神经回路的结构,以便更好地了解大脑是如何工作的。这些执行诸如处理信息和触发反射等功能的脑电路由称为神经元的神经系统细胞组成,这些细胞一起工作以执行专门的功能。神经元通过称为轴突的特殊线状过程将信息发送到其他神经元或目标组织,例如它们支配的皮肤和肌肉。

  以同样的方式我们需要知道电路的确切接线以了解它是如何工作的,有必要绘制神经元电路的轴突接线以了解它们如何工作。因此,神经科学研究的一个基本目标是理解大脑回路的结构和功能联系。

  虽然许多科学联盟已经提升了我们对神经元组织的理解,但可用的映射技术仍然不完善:例如,串行电子显微镜技术在它们可以映射的区域中受到限制,并且基于示踪剂的技术在细节分辨率方面受到限制。

  现在,来自希伯来大学医学院的Alex Binshtok博士实验室和哈佛大学Jeff Lichtman博士实验室的科学家们已经描述了一种方法来同时绘制许多单个神经元的轴突分支(“乔木”)的位置,个别轴突的解决方案。因此,通过“看到”在同一制剂中的许多轴突,可以理解一个区域中的特定神经元如何连接到其他神经元类型和其他区域。

  这种新方法使人们有可能了解神经网络的组织原则,否则这些原则很难或无法研究。

  该研究由来自Alex Binshtok博士实验室的博士后研究员Shlomo Tsuriel博士和该研究的主要作者,在学生Sagi Gudes的帮助下,在希伯来大学医学院(医学系)Binshtok博士的指导下进行。加拿大以色列医学研究所的神经生物学)和Edmond和Lily Safra脑科学中心。该研究是与哈佛大学脑科学中心和分子与细胞生物学系的Jeff Lichtman博士合作完成的。

  相关故事研究人员创建了大脑自身免疫系统的新地图婴儿大脑的新地图可能有助于早期诊断自闭症研究提出了针对致命性脑癌的新治疗策略而不是试图从轴突尖端到细胞体一直追踪整个神经元,Tsuriel博士仅标记细胞体,但以指示其轴突分支的位置的方式标记。为此,他在靶组织的重叠区域使用多次注射,具有三种或更多种不同颜色的逆行示踪剂。

  在每个点处,示踪剂以高浓度注入并扩散到注射点之间的区域,使得靶组织中的每个区域具有不同的颜色组合,这取决于其与注射部位的距离。支配每个区域的轴突吸收染料并将它们以小囊泡运输到细胞体内,使得每个囊泡具有反映其取自的区域的颜色组合。在注射后几小时,每个神经元细胞体充满各种颜色的囊泡,反映这些神经元支配的区域中的颜色。因此,基于输送到细胞的各个囊泡中的颜色的组合和强度,可以概述轴突的投射位点。

  这种方法在某种程度上类似于全球定位系统(GPS)接收器中使用的原理,该接收器使用距离三个或更多卫星的距离来对其位置进行三角测量。出于这个原因,新技术被称为“神经元定位系统”。 (NPS)。

  这种新方法的描述今天在自然方法中被呈现为“多光谱标记技术以在同一组织中映射许多相邻的轴突投影”。 (在线出版物,doi:10.1038 / nmeth.3367)。

  根据希伯来大学的Alex Binshtok博士的说法:“我们开发的新方法使我们能够回答神经科学中关于神经元回路组织原理的大问题。使用在同一组织中映射许多轴突的NPS技术,我们现在可以研究什么定义了神经元发送其投影的路径以及它们的目标。我们还可以了解神经元电路的布线在发育过程中以及在各种病理条件下是如何变化的。这些问题的答案将是理解信息如何在神经系统中流动和处理的第一步,以及神经元组织的变化如何影响神经元功能。我相信很多科学家会发现NPS方法对于帮助他们回答大脑是如何工作的问题很有用。

  资料来源:耶路撒冷希伯来大学

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