Science 大脑连接性特刊:没有神经元是一座孤岛
导语
大脑由神经元组成,但大脑的复杂性远远超过组成它的一堆神经元。神经元之间彼此连接,交流合作,从中涌现出智能。11月4日,Science 杂志推出「大脑连接性特刊」,同时发表4篇相关论文,指出没有神经元是一座孤岛,精细协调的连接在大脑中完美地编排出动人的交响乐。
关键词:神经科学,大脑连接组
刘志航 | 编译
邓一雪 | 编辑
通过三维 (3D) 偏振光成像揭示了人脑切片的细节,这些切片显示了皮质和皮质下结构中的纤维结构直至单个轴突。颜色代表 3D 纤维方向并突出显示单个纤维和束的路径。| 图片:MARKUS AXER 和 KATRIN AMUNTS/INM-1;FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH 和 ROXANA KOOIJMANS/荷兰神经科学研究所/人脑项目
1.连接大脑的涌现特性
论文题目: The emergent properties of the connected brain 论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq2591
图:通过大脑连接的功能整合是决定大脑功能的潜在机制。(A)功能连接(左上)可以总结为连接矩阵(左下)。功能连接的主要趋势可以预测与任务相关的激活的个体模式。(B)同样地,结构连接的主要趋势可以预测与任务相关的皮质激活模式。(C)左(蓝色)和右(红色)半球的功能侧化和半球间连接的关系。(D)视觉(灰色)和触觉(黑色)模式的半球间传导速度与它们的半球间连接强度。
2.尺度很重要:嵌套的人类连接体
论文题目: Scale matters: The nested human connectome 论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq2599
图2. 扩散核磁共振成像和纤维束成像。(A)人脑冠状图上局部主要纤维方向的矢量场及其两条轨迹的描述。蓝色轨迹是皮质脊髓束的一部分,红色轨迹是胼胝体的一部分。(B, C)全脑束图(B)和其中多个纤维束的虚拟剖析(C)。(D,E)以 300 μm 的分辨率对死后的人类海马进行方向估计,沿轴向(D)和冠状面(E)的彩色编码扩散方向进行切片。
3.基于Atlas的数据集成
用于绘制大脑连接和结构
论文题目: Atlas-based data integration for mapping the connections and architecture of the brain 论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq2594
图:老鼠大脑中的连接模式。(A,B)基底神经节和小脑神经网络的可视化示意图。(C)追踪实验的说明,在该实验中,前向追踪剂被放置在大脑皮层中,被神经元组吸收,并沿着轴突和它们的分支运输,以观察对皮层内和皮层下区域的投影。(D, E)显微镜下的图像来自于束缚追踪实验。
4.通过计算建模和光遗传学fMRI
解决脑回路功能和功能障碍
论文题目: Solving brain circuit function and dysfunction with computational modeling and optogenetic fMRI 论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq3868
图:光遗传学功能磁共振成像桥梁规模。(A)光遗传学能够实现细胞类型特异性刺激,例如选择性靶向纹状体中的 D1-或 D2-MSN。(B)通过选择性刺激纹状体中的 D1-或 D2-MSN,小鼠分别显示出反向或同向旋转。(C)光遗传学 fMRI 技术将光遗传学刺激与 fMRI 读数相结合。(D)选择性刺激 D1- 和 D2-MSN 的 MRI 导致与不同行为相关的不同全脑活动。分组相位图,其阈值仅针对大脑内的活动体素,描绘了诱发反应的时间动态的异质性。(E)任何区域的时间序列都可以从 4D fMRI 数据中提取。(F)电生理记录反映了 fMRI 对神经活动极性变化的反应。
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