[圖文]測繪老鼠和果蠅的視神經網絡 | 陽光歷史

 

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[圖文]測繪老鼠和果蠅的視神經網絡

2016年05月01日 科學探秘-短篇 暫無評論 閱讀 257 次

美國和德國的科學家研發出一項新技術,能夠對老鼠和果蠅的視神經網絡進行測繪。這項突破標誌著科學家在揭開人類大腦謎團的道路上又向前邁進重要一步。人類大腦含有大約800萬個神經元細胞,利用現有技術繪製完整圖像估計需要5.7億年。科學家希望對此項研究中使用的新技術進行改進,同時借助更為強大的電腦完成這項看似不可能的任務。
借助於一項新技術,美國和德國的科學家成功對老鼠和果蠅的視神經網絡進行測繪
借助於一項新技術,美國和德國的科學家成功對老鼠和果蠅的視神經網絡進行測繪

  借助於這項新的成像技術,德國馬克斯-普朗克神經生物學研究所以及美國霍華德-休斯醫學研究所的教授與學生們的協助下繪製了老鼠與果蠅視網膜微小片段的3D圖像。這項技術有望讓科學家繪製詳細的更為複雜的人類大腦圖像。


老鼠視網膜的3D圖像,所呈現的區域只有整個視網膜的0.06%。這幅圖像由300名學生耗時近3萬個小時繪製
老鼠視網膜的3D圖像,所呈現的區域只有整個視網膜的0.06%。這幅圖像由300名學生耗時近3萬個小時繪製

  在進行老鼠研究時,大腦組織被切成薄片,而後借助電子顯微鏡進行掃瞄。隨後,科學家使用電腦繪製一個基本模型,為不同的結構分配不同的顏色,標注出個體之間的交匯點突觸。不過,電腦無法完成將彩色片段組合到一起,形成完成個體神經通道圖像。


老鼠視網膜的3D圖像,不同顏色代表神經元細胞內的不同結構
老鼠視網膜的3D圖像,不同顏色代表神經元細胞內的不同結構

  為了完成這項複雜任務,300名學生用了近3萬個小時對每個細胞的「枝杈」進行追蹤,繪製出一個精確模型。研究中,科學家發現了一種新型細胞,被稱之為「XBC細胞」,能夠將來自光感受器的視覺信息傳輸給其他細胞。儘管耗費了大量時間,這項研究也只繪製出老鼠視網膜0.06%的區域的3D圖像。


果蠅的視網膜3D圖像。研究人員利用螢光蛋白標記細胞。研究人員對果蠅運動探測器網絡的神經元細胞進行測繪,最後發現所有細胞相互連接在一起,探測確定方向的運動
果蠅的視網膜3D圖像。研究人員利用螢光蛋白標記細胞。研究人員對果蠅運動探測器網絡的神經元細胞進行測繪,最後發現所有細胞相互連接在一起,探測確定方向的運動

  在進行果蠅大腦成像時,兩個小組分頭行動,對果蠅大腦如何探測運動進行研究。其中一個小組對果蠅運動探測器網絡的神經元細胞進行測繪,最後發現所有細胞相互連接在一起,探測確定方向的運動。另一個小組對同一個探測器網絡進行了分析,瞭解細胞如何對光線刺激做出反應。由於眼睛表面的光感受器細胞本身無法探測到運動,研究小組將重點集中到兩種下遊處理神經元細胞——T4和T5。


人類大腦含有大約800萬個神經元細胞,利用現有技術繪製完整圖像估計需要5.7億年。科學家希望對此項研究中使用的新技術進行改進,同時借助更為強大的電腦完成這項看似不可能的任務
人類大腦含有大約800萬個神經元細胞,利用現有技術繪製完整圖像估計需要5.7億年。科學家希望對此項研究中使用的新技術進行改進,同時借助更為強大的電腦完成這項看似不可能的任務

  研究人員利用螢光蛋白標記細胞。這種蛋白能夠在神經元細胞處於活躍狀態時發光,用於顯示不同神經元細胞如何對4種基本運動做出反應,即向上,向下,向左和向右。人類大腦含有大約800萬個神經元細胞,利用現有技術繪製完整圖像估計需要5.7億年。科學家希望對此項研究中使用的新技術進行改進,同時借助更為強大的電腦完成這項看似不可能的任務。


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