ショウジョウバエのコネクトームの完全なモデルが作成されました

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ビデオ: 脳の地図製作者:コネクトームのマッピング 2022, 12月
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Anonim
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ショウジョウバエの大脳半球の構造モデル。中枢脳(左)と視覚葉が見えます。個々のニューラルネットワークの色は異なります。

日本の科学者たちは初めて、キイロショウジョウバエの脳の片方の半球のニューロン接続(コネクトーム)の完全なモデルを作成することに成功しました。リサーチプレプリントはarXiv.orgで入手できます。

ニューロン間の接続の構造を理解することは、脳がどのように機能するかを研究するための鍵です。脳の微細構造を視覚化するために、その連続するセクションの電子顕微鏡法、またはさまざまな色の蛍光タンパク質によるニューロンのマーキングのいずれかが使用されます。これらの方法では、脳組織の3次元画像を取得できますが、個々の細胞間の接続は取得できません。

ショウジョウバエの脳の神経接続をモデル化するために、東海大学と高輝度光科学研究センターの研究者は、高分子の三次元構造を分析するために使用されるX線結晶学法を修正しました。これは、調査中のサンプルにX線が照射され、個々の原子による吸収と散乱が記録されるという事実に基づいています。得られた電子密度のマップは、原子の配置とそれらの間の結合の段階的なコンピューターモデリングに使用されます。

科学者たちは、銀粒子が事前に注入されたショウジョウバエの脳の準備を記録しました。次に、シンクロトロン上でサンプルのX線マイクロトモグラフィーを実行し、金属原子による放射線の散乱と吸収の3次元マップを取得しました。 1250×1200×840ボクセルのサイズの左半球のマップは、結晶学で使用されるものと同様のアルゴリズムを使用して分析されました。プログラムは、各ボクセルでニューロンを見つける確率と、隣接するボクセルへのその分岐の伝播を推定しました。結果のモデルの一貫性を常に制御します。疑わしいサイトは手動でチェックされました。

結果として得られる3次元ワイヤーフレームモデルの解像度は約600ナノメートルで、約10万個のニューロンが含まれています。科学者たちは、既知の機能を備えた362のニューロンのネットワークと、神経細胞からの分類されていない構造の数を特定しました。研究者たちは、そのような構造の分布が神経プロセス間の接触の分布と相関していることに注目しています。これは、脳の機能におけるそれらの重要な役割を示している可能性があります。

より高解像度のトモグラフィーを使用した追加の研究はこの役割を明らかにするはずですが、現在の機能では、それらは法外に費用と時間がかかるでしょう、と科学者は書いています。モデルの構築に関する彼らの作業には、17,000人時間かかりました。

以前、神経科学者は、人工的に神経集団を作成し、脳組織の類似物を3Dプリンターで印刷し、失われた神経接続を光で復元し、サンプルが凍結されたときにそれらを保存する方法を学びました。また最近、脳のエピジェネティックな調節をリアルタイムで観察する方法が開発されました。ラット海馬の断片におけるコネクトームの3次元モデリングにより、シナプスの分類を修正することが可能になり、その結果、脳の情報容量の新しい推定値が得られました-科学者によると、それはペタバイトを超えています、これは以前の見積もりの​​10倍です。

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