来自Singularityhub的最新消息,这些天来,人脑地图一角钱。映射详细描述特定区域中的神经元的地图。绘制出这些单元之间功能连接的地图。深入研究基因表达的图谱。甚至结合了以上所有内容的元地图。
换句话说,Julich-Brain地图集不是其“仅是另一个”人脑图,而是它自己的神经映射API-可以将以前的脑映射工作与更现代的方法结合起来。
主持这项研究的德国朱利希研究中心神经科学与医学研究所的Katrin Amunts博士说:“很高兴看到大脑研究和数字技术的结合取得了多大进展。”
老教条
Julich-Brain地图集既包含传统的大脑映射功能,又使该领域进入了21世纪。
首先,新地图集包括大脑的细胞结构或大脑细胞的组织方式。随着脑图的发展,这类地图是最古老,最基础的。细胞结构图没有绘制出神经元如何在功能上进行对话的方式,而是连接神经元图,这是当今最流行的方式,而是绘制了神经元的物理排列。
就像人口普查一样,这些地图从字面上捕获了神经元在大脑中的分布方式,它们的外观以及它们在不同大脑区域内部和之间的分层方式。
由于神经元在不同的大脑区域之间并非以相同的方式聚集在一起,因此提供了一种将大脑解析为可以进一步研究的区域的方法。当我们说大脑的“记忆中枢”,海马或情感中枢即“杏仁核”时,这些区别是基于细胞结构图的。有些人可能将这种类型的映射称为“无聊”。但是细胞结构图构成了任何形式的神经科学理解的基础。就像早期探险者航行到西半球的手绘地图一样,这些地图提供了大脑的地理模式,我们试图以此来解析功能连接。如果大脑区域是城市,则细胞架构图会尝试显示在相互连接的高速公路中发生的交易或其他“功能”活动。
您可能已经听说过当今使用的最常见的细胞结构图:1909年的布罗德曼图(是的,那是旧的),根据细胞的形态和位置将大脑分为经典区域。该地图虽然具有影响力,但却无法解释人与人之间的大脑差异。较新的大脑映射技术使我们能够更深入地挖掘神经元差异,并将大脑划分为更多区域-仅在皮质中就有180个区域,而原始的Brodmann图中只有43个区域。
这项新研究从那张古老的地图中汲取了灵感,并将其转变为数字生态系统。
生活地图集
在人群的一点帮助下,于1990年代中期开始在Julich-Brain地图集上开展工作。
作者感叹,人体组织的制备及其微观结构的映射,分析和数据处理非常耗费人力,这使得仅在一个实验室就无法以高分辨率对整个大脑进行处理。为了为大脑构建他们的“ Google Earth”,该团队与EBRAINS进行了连接,EBRAINS是由人脑计划建立的共享计算平台,旨在促进欧盟神经科学实验室之间的合作。首先,研究小组获得了对23个死后大脑的MRI扫描,将大脑切成薄片状,然后对其进行扫描和数字化。他们使用MRI扫描的数据纠正了斩波造成的畸变,然后将神经元排成连续的部分(将3D拼图拼在一起的图片)以重建整个大脑。总体而言,该团队必须分析24,000个脑部区域,这促使他们为各个脑部区域构建了一个计算管理系统,这是一个胜利,因为它们现在也可以跟踪各个供体的脑部。
他们的方法很聪明。他们首先将结果映射到一个人的大脑模板,称为MNI-Colin27模板。由于参考大脑非常详细,因此该团队可以更好地弄清特定解剖空间中脑细胞和区域的位置。
但是,MNI-Colin27的大脑不是您或我的大脑,也不是团队分析的任何大脑。为了淡化Colin的任何潜在大脑怪癖,该团队还将他们的数据集映射到了被称为ICBM2009c的“平均大脑”(吸引人,我知道)。
此步骤使团队可以使用Human Connectome Project和UK Biobank的其他所有功能“标准化”他们的结果,就像在现有地图上添加Google Maps层一样。为了突出个人的大脑差异,研究小组将其数据集覆盖在现有的数据集上,并寻找细胞结构的差异。
仅基于结构,大脑就同时具有明显不同和惊人的相似性。例如,不同年龄和性别的供体大脑的大脑皮层(大脑的最外层)在物理上是不同的。人与人之间特别分歧的地区是布罗卡地区,该地区传统上与语音制作相关。相反,大脑之间的视觉皮层部分几乎相同。
映射大脑的未来
这组作者说,概率图并没有依赖于人与人之间仍然可以区分的可见的“地标”,而是更加精确。
此外,该地图还可以将皮质中尚未映射的区域(大约30%左右)合并为“空白地图”,为神经科学家提供了一个更好的主意,以了解仍然需要理解的地方。
这组作者说:“在捕获和记录过程的同时,新的地图正在用制图的进展不断替换间隙地图。因此,地图集不是一成不变的,而是代表着’生活地图’。”
由于其结构合理的结构直至单个细胞,该地图集可以帮助进行直线的大脑建模和仿真,尤其是针对癫痫等神经系统疾病的个性化大脑模型。研究人员还可以将框架用于其他物种,甚至可以将新的数据处理处理器整合到工作流中,例如使用人工智能绘制大脑区域。
从根本上讲,目标是建立共享资源以更好地了解大脑。作者说:“这些地图集帮助我们以及全世界越来越多的研究人员更好地了解大脑的复杂组织,并共同发现事物之间的联系。”

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By szf