人類大腦皮層千萬億次碎片的連接組學(xué)研究
人腦是神經(jīng)科學(xué)中最有趣的對象。最近，哈佛大學(xué)和谷歌的研究人員發(fā)布了一個 1.4 PB 的人類大腦皮層小樣本數(shù)據(jù)集(大腦的表層，負(fù)責(zé)更高層次的認(rèn)知功能)。
該樣品已使用電子顯微鏡以 4nm 分辨率成像。它通過自動計(jì)算技術(shù)進(jìn)行注釋并分析以獲得初步見解。成像數(shù)據(jù)、重建結(jié)果和注釋可通過交互式 3D 可視化界面訪問。它可以讓我們研究跨越皮層所有層的多種細(xì)胞類型的人類皮層中的突觸連接。
迄今為止，腦組織樣本是任何物種中以這種細(xì)節(jié)級別進(jìn)行成像和重建的最大樣本。除了幫助研究人腦外，該項(xiàng)目還改進(jìn)和擴(kuò)展了底層的連接組學(xué)技術(shù)。
我們從大腦皮層的顳葉獲得了一個快速保存的人類手術(shù)樣本。我們用重金屬染色 1 mm 3體積，將其嵌入樹脂中，在 30 nm 處切割 5000 多個切片，并使用高速多光束掃描電子顯微鏡對這些切片進(jìn)行成像。我們使用計(jì)算方法渲染了 50,000 個細(xì)胞、數(shù)億個神經(jīng)突和 1.3 億個突觸連接的三維結(jié)構(gòu)。1.4 PB 電子顯微鏡體積、分段細(xì)胞、細(xì)胞部分、血管、髓鞘、抑制性和興奮性突觸以及 100 個手動校對細(xì)胞可供在線閱讀. 盡管由于拆分和合并錯誤導(dǎo)致自動分割不完整，但許多有趣的特征還是很明顯的。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量超過神經(jīng)元 2:1，少突膠質(zhì)細(xì)胞是體積中最常見的細(xì)胞類型。神經(jīng)元的 E:I 平衡為 69:31%，體積中興奮性突觸與抑制性突觸的比率也是如此。錐體神經(jīng)元上突觸的 E:I 比明顯高于抑制性中間神經(jīng)元。我們發(fā)現(xiàn)深層興奮性細(xì)胞類型可以根據(jù)結(jié)構(gòu)和連接性差異分為子集，吊燈中間神經(jīng)元不僅支配如前所述的興奮性神經(jīng)元初始段，還支配彼此的初始段，以及在建立的數(shù)千個弱連接之間在每個神經(jīng)元上，存在更罕見的高度強(qiáng)大的軸突輸入，它們與目標(biāo)神經(jīng)元建立多突觸接觸(最多 20 個突觸)。我們的分析表明，這些強(qiáng)大的輸入是特定的，并且允許少量的軸突在它們的一些突觸后伙伴的活動中發(fā)揮巨大的作用。
標(biāo)簽：