Um zu verstehen, unsere Gehirne, müssen die Wissenschaftler wissen, dass Ihre Komponenten. Dieses Thema unterliegt einem wachsenden Aufwand in der Neurowissenschaft, die zum definieren der unterschiedlichen Bausteine der Gehirn—Zellen.
Mit der Maus, das 80 Millionen Neuronen und unsere 86 Milliarden, Sortierung durch zarte, mikroskopisch kleine Bausteine ist keine kleine Leistung. Eine neue Studie, die vom Allen Institute for Brain Science, veröffentlicht heute in der Zeitschrift Nature Neuroscience, beschreibt ein großes Profil von Maus-Neuronen-Typen, basierend auf zwei wichtige Merkmale der Zellen: Ihre 3-D-Form und Ihrer elektrischen Verhalten.
Die Studie, die ergab den grössten Datensatz, der von seiner Art von der Erwachsenen-Labor Maus, um Datum, ist Teil einer größeren Anstrengung, am Allen Institute entdecken das Gehirn „periodische Tabelle“, die durch großflächige Erkundungen von Gehirn-Zelltypen. Die Forscher hoffen, dass ein besseres Verständnis der Zelltypen in einem gesunden Gehirn von Säugetieren wird die Grundlage für die Aufdeckung der Zelltypen zugrunde, dass die menschliche Gehirn-Erkrankungen und Krankheiten.
Wenn Sie denken, der klassischen Periodensystem, Chemische Elemente beschrieben werden können und sortiert in eine Reihe von Möglichkeiten: Ihrer Masse, Ihrer chemischen Eigenschaften, ob Sie nun metal oder nicht. Neurowissenschaftler stehen vor einer ähnlichen Herausforderung. Ein bestimmtes neuron wird viele verschiedene Charakterzüge, die unterscheiden es von anderen Arten von Neuronen: seine Form, sein Verhalten, die die einzigartigen Satz von Genen, er schaltet auf, dessen Lage im Gehirn, die andere Arten von Zellen es interagiert mit.
Wie definieren Sie eine Zelle geben?
Um zu verstehen, was für ein Zelltyp hat, brauchen die Forscher, um zu erkunden, all diese Attribute, sagte Hongkui Zeng, Ph. D., Executive Director von Strukturierten Wissenschaft auf das Allen Institute for Brain Science, einer Abteilung des Allen Institute und leitende Autor der Studie.
„Eine Zelle-Typ wird eine Gruppe von Zellen mit gleichen funktionellen Eigenschaften miteinander, aber wir verstehen nicht, was diese Eigenschaften sind,“ Zeng sagte. „Wir sollten uns nicht nur sein Blick auf ein einzelnes feature; wir müssen uns ansehen, wie viele Funktionen der Zellen wie möglich und Fragen Sie, ob Sie im Einklang mit einander.“
In der Studie, die Forschungs-team sortiert durch Neuronen aus dem visuellen Verarbeitung Teil des Gehirn der Maus zu finden, ein paar Dutzend verschiedene Gehirn-Zelltypen, einer sorgfältigen Analyse von knapp 2.000 Neuronen elektrische Aktivität und Ihre detaillierte 3-D-Form (auch bekannt als Morphologie) von fast 500, der die gleichen Zellen. Die Forscher sahen auch, dass diese neuen Zelltyp Kategorien mit Kategorien aus einer ergänzenden Studie, veröffentlicht im vergangenen Jahr. In dieser früheren Studie, Allen Institute Forscher verwendeten gen-expression oder die Liste der Gene, die eingeschaltet werden, in einer Zelle, Sortieren fast 24.000 Gehirn-Zellen in verschiedene Typen.
Die Tatsache, dass unterschiedliche Funktionen, Ertrag ähnlich wie Zelltyp Gruppen gibt den Forschern Vertrauen, dass Sie auf der richtigen Spur sind in Ihrer Kategorisierung, sagte Staci Sorensen, Ph. D., ein Neurowissenschaftler, der führt die Morphologie team am Allen Institute for Brain Science und ist eine führende Autor auf der Studie zusammen mit Nathan Gouwens, Ph. D., und Jim Berg, Ph. D. „Wenn wir die Ausrichtung auf mehrere Eigenschaften einer Zelle, dann können wir uns sicherer fühlen, dass wir eine biologisch sinnvolle-Zell-Typ,“ Sorensen sagte.
Warum die Form und die Aktivität der Materie
Ihre Aktivität und Form auch geben die Forscher Hinweise darüber, was die einzelnen Zellen sind dabei in den größeren Kontext der neuronalen schaltkreise im Gehirn. Die elektrische Signalisierung mit Impulsen, sogenannten spikes oder aktionspotentialen, ist der fast universalen idiom der Weg Neuronen kommunizieren mit jeder lieben. Verschiedene Neuronen abgestimmt sind, um das senden und empfangen unterschiedliche Muster von solchen spikes.
Verständnis die Signale hilft die Forscher rekonstruieren, wie diese Neuronen könnten eine Verbindung zu anderen in einer Schaltung. Und Ihre Form gibt einen Anhaltspunkt, wie gut.
„Eine Zelle ist in Ihrer Form ein proxy, wie es ist, mit anderen Zellen,“ sagte Gouwens, ein computational Neurowissenschaftler am Allen Institute. „Wir kümmern uns darüber, wie die Zellen miteinander verbunden sind, weil das ist, wie Sie Kreise bilden, um Informationen zu verarbeiten.“
Daten für die Gemeinde
Die Forscher hoffen, dass diese öffentlich verfügbaren Daten zusammen mit den Daten über die Gehirn-Zell-Typen “ expression der gene, von denen alle sind Teil des Allen Zelltypen Datenbank wird es ermöglichen, tiefere exploration in bestimmten Zelltypen, in Gesundheit und Krankheit. Wenn ein research-team interessiert sich für eine spezifische Krankheit-verbundene gene im Gehirn, zum Beispiel, können Sie sehen, welche Zelltypen haben das gen eingeschaltet, oder zum Ausdruck gebracht, und erkunden Sie dann die Form und die Aktivität jener Neuronen, die zur Bildung neuer Hypothesen über, wie die gene zu handeln vermag,—und was könnte schief gehen in Erkrankung, wenn das gen mutiert ist oder fehlt.
„Sie bilden eine Hypothese auf, wie die gen-Funktionsstörungen ändern können, dass die Zell-Typ, wie es vielleicht führen zu spezifischen Wirkungen“, sagte Berg, ein Neurowissenschaftler am Allen Institute for Brain Science, führt das team, dass die Maßnahmen der Neuronen elektrische Aktivität. „Es braucht eine Menge von zahlen zu erhalten, dass die Berichterstattung so, dass die Menschen Vertrauen in die Daten, aber ich denke, wir sind schließlich in dieser phase.“
Eine unvoreingenommene Herangehensweise
Studieren ein neuron die Morphologie, brauchen die Forscher zunächst herausfinden, eine einzige Zelle inmitten der Wirren Chaos der anderen Nervenzellen und Stützzellen im Gehirn der Maus und dann injizieren, dass eine Zelle mit einer speziellen Farbstoff-enthaltenden Sonde Fleck in seiner Gesamtheit innerhalb einer Scheibe Gehirn. Die team verwendeten Mäuse, die entwickelt wurden, am Allen Institute zu tragen Gene, die bestimmte Neuronen Leuchten helle Farben unter die Lupe, lassen die Forscher mehr schnell und einfach zu wählen aus den einzelnen Neuronen. Die Forscher dann verwendet die gleichen mikroskopischen Sonden Auslesen der Zellen elektrische Aktivität, die durch das Studium Ihrer Reaktionen auf verschiedene Arten von elektrischen Eingang.
Da diese versuche sind so arbeitsintensiv, Forschung, Gruppen, die in der Regel entdecken Sie die eine oder eine Handvoll von Zelltypen in einer Zeit, die oft gewählt, basierend auf einer bestimmten Frage. Das Allen Institute Mannschaft, jedoch wollte das problem angehen, die in einem breiten, unvoreingenommenen Weise, das Studium Zellen unter den gleichen experimentellen Bedingungen und von der gleichen region des Gehirns, so dass Sie mehr leicht miteinander verglichen werden.