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        斑馬魚研究揭示了完整脊椎動物大腦的第一個精細(xì)結(jié)構(gòu)
        
			
        
				2019-06-23 14:36:51
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        每一個想法，每一種感覺，每一種感受 - 以及每一種行為疾病 - 最終都取決于我們的大腦是如何運(yùn)作的。盡管在大腦成像和測量其活動方面有數(shù)十年的驚人進(jìn)步，但我們?nèi)匀徊幻靼准词故呛唵蔚募棺祫游锎竽X也能如何工作。
        

        斑馬魚研究揭示了完整脊椎動物大腦的第一個精細(xì)結(jié)構(gòu)
        

        進(jìn)入斑馬魚幼蟲。小而透明，但能夠自由游動甚至捕獵小獵物 - 研究人員長期以來一直在研究這些幼魚，以了解它們的小腦是如何產(chǎn)生行為的。大衛(wèi)·希爾德布蘭德(David Hildebrand)在弗洛里安·恩格特(Florian Engert)和杰夫·利希曼(Jeff Lichtman)在哈佛大學(xué)的實驗室工作，他們將這項工作向前推進(jìn)了一步，創(chuàng)造了斑馬魚大腦切成
        

        數(shù)萬片的電子顯微鏡圖像。
        

        在共同作者PSC的Art Wetzel的幫助下，他們領(lǐng)導(dǎo)了一項國際合作，利用這些圖像重建了幾乎跨越整個幼蟲斑馬魚大腦的特定神經(jīng)細(xì)胞。希望這種徹底的“納米級”成像能夠提取大腦完整的“接線圖”。雖然這項工作才剛剛開始，但它最終可能會為過去的斑馬魚行為研究提供新的視角 - 并為更好地理解更復(fù)雜的大腦指明道路，例如我們的。
        

        “我們的目標(biāo)是開發(fā)技術(shù)，讓研究人員在受精后約五天檢查幼蟲斑馬魚大腦中任何神經(jīng)元的形態(tài)和電路連通性。這是有趣的斑馬魚行為，如狩獵出現(xiàn)，給我們有機(jī)會詢問神經(jīng)元的電路如何解析來自環(huán)境的輸入信息以產(chǎn)生有用的行為輸出，“David Hildebrand說。
        

        為了生成包含斑馬魚大腦中所有神經(jīng)細(xì)胞的圖像數(shù)據(jù)集以及它們的許多錯綜復(fù)雜的聯(lián)系，那么研究生希爾德布蘭德不得不比以前的研究深入挖掘。利用Lichtman實驗室開發(fā)的技術(shù)，他將斑馬魚幼蟲的前四分之一切割 - 總長度為1毫米，或大約4百分之一英寸 - 切成18,000多片。然后他用電子顯微鏡拍攝了這些切片的圖像。然而，切片不可避免地是不完美的，其中一些切片厚度不同并且具有撕裂和其他缺陷。為了重新組合扭曲的圖像以三維重建大腦，Hildebrand需要先進(jìn)的自動圖像配準(zhǔn)技術(shù)。
        

        為了“扭曲”這些圖像，Wetzel使用SWiFT(信號白化圖像傅里葉變換)，他開發(fā)的軟件是PSC參與國家生物系統(tǒng)多尺度建模中心的一部分。SWiFT使科學(xué)家能夠處理由組織變化，切片壓縮和電子顯微鏡內(nèi)部工作引起的圖像失真引起的扭曲和缺陷。由于Wetzel的工作，不到1%的希爾德布蘭德切片不能用于分析。
        

        大約12,500個切片包含大腦的一部分?？茖W(xué)家們更詳細(xì)地研究了這些，在此過程中收集了大量4,900千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)，足以填滿5到10臺高端筆記本電腦。它們完全或部分地追蹤了大約2,500個神經(jīng)細(xì)胞及其軸突的路徑 - 細(xì)胞用來連接其他神經(jīng)細(xì)胞的長尾巴。研究人員能夠在整個軸突的大腦中跟蹤805個這些神經(jīng)細(xì)胞。一個早期發(fā)現(xiàn)是魚腦一側(cè)(左側(cè)或右側(cè))的某些神經(jīng)纖維在另一側(cè)有雙纖維。在每一側(cè)的這些神經(jīng)內(nèi)的軸突的組織遵循幾乎鏡像路徑。雖然科學(xué)家們并不確切知道這意味著什么，但他們懷疑它可能與預(yù)先編程的大腦發(fā)育過程有關(guān)。這也可能是魚類遵循的一些先天行為的重要線索。目前尚不清楚是否人類大腦中的神經(jīng)細(xì)胞在整個生命過程中發(fā)展緩慢且變化很大，具有相同程度的左/右對稱性。合作者于2017年5月10日在著名的自然雜志上發(fā)表了他們的初步研究結(jié)果。
        

        “使斑馬魚成為如此壯觀的系統(tǒng)的原因在于，用于獲取接線圖的其他生物體中的替代品僅限于更大的大腦的微小部分，因此不提供研究有機(jī)體的全部范圍的機(jī)會。以前沒有人敢想到在整個大腦里做這種工作，“Florian Engert說。
        
			

			
          
        
			
        
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