一组研究人员开发了一个小鼠大脑发育的3D图谱，丰富了我们对哺乳动物大脑发育的理解。这个图谱作为一个共享的参考和解剖指南，帮助研究人员探索大脑成熟和研究神经发育障碍。
来自宾夕法尼亚州立大学医学院的研究人员，联合五个其他机构的伙伴，利用尖端成像和显微镜方法，制作了详细的小鼠大脑发育3D图谱。这个创新的图谱提供了一个动态的、全面的视角，展现了整个哺乳动物大脑在胚胎和早期出生阶段的情况。它作为一个统一的参考和解剖框架，将帮助研究人员研究大脑发育和神经发育障碍。
他们今天（10月21日）在自然通讯上发布了他们的研究结果。
宾夕法尼亚州立大学医学院神经与行为科学副教授、该研究的首席作者金永洙表示：“图谱地图对于知识的构建至关重要，但缺乏一种高分辨率的小鼠大脑发育3D图谱。我们正在创建高分辨率图谱，以理解正常的大脑生长和大脑疾病的影响。”
正如地理图谱编制地图以详细展示地球的特征，包括边界、景观和基础设施，大脑图谱对于理解大脑的结构至关重要。它们使研究人员能够可视化大脑的组织，理解其功能，以及不同区域和神经元之间的连接方式。金指出，之前，科学家只能依赖二维组织学图像，这使得在三维空间中解释解剖区域和识别变化变得困难。
最近，整个大脑成像技术的发展使研究人员能够以高分辨率检查整个大脑，产生了大量的3D数据集。金解释称，为了解释这些数据，科学家们为成年小鼠大脑——哺乳动物大脑的模型——创建了3D参考图谱。这些图谱提供了一个共同的解剖基础，便于叠加各种数据集并进行比较研究。然而，尚未有类似的资源用于发育中的小鼠大脑，而这个大脑在胚胎和出生后阶段经历了迅速的形状和大小变化。
金指出：“如果没有发育中大脑的3D地图，我们无法将新3D研究的数据同步到一个标准化的空间框架中或进行一致分析。”从本质上讲，缺乏3D地图会妨碍神经科学研究的进展。
研究团队为小鼠大脑的七个发育阶段建立了一个多模态3D共坐标系统——四个阶段在胚胎期，三个阶段在出生后的短期内。通过MRI，他们捕捉了反映大脑整体形状和结构的图像。此外，他们利用了光片荧光显微镜，能够在单细胞水平上可视化整个大脑。这些高分辨率图像与MRI模板对齐，形成了3D图谱。团队包括了来自雌性和雄性小鼠的样本。
为了展示如何利用图谱分析各种数据集并监测发育中大脑中特定细胞类型的出现，团队专注于GABA能神经元。这些神经细胞对大脑内部的交流至关重要，且与精神分裂症、自闭症及其他神经疾病相关。
研究人员解释说，虽然有针对大脑外层（称为皮层）GABA能神经元的研究，但关于这些细胞在大脑发育过程中如何发展的信息甚少。深入了解这些细胞群体在正常情况下是如何形成的，对于识别异常发展中出现的问题可能至关重要。
为了促进合作并推动神经科学研究的发展，团队创建了一个交互式的基于网络的图谱版本，向公众免费开放。他们的目标是显著降低全球研究人员利用这一宝贵资源的技术障碍。
金总结道：“这提供了一个框架，可以将各种类型的数据——基因组学、神经成像、显微镜等——整合到一个连贯的数据结构中。这将推动基于机器学习和人工智能的下一阶段大脑研究。”
