脊椎动物大脑的新3D图谱

每个生物体的组织都是从几个分裂和移动的细胞发育而来，直到它们到达最终目的地和位置。某种组织或器官如何形成的过程称为形态发生，而神经元的诞生称为神经发生。

由ICREA Acadèmia 教授和研究员 Cristina Pujades 领导的 UPF 神经发育动力学研究小组的研究人员利用斑马鱼的后脑研究了这两个过程。因此，他们创建了一个 3D 地图集，可以找出确定形式的神经元分化何时发生，此外，他们还表明神经元在组织中的最终位置取决于它们的出生时间和地点。研究结果最近发表在eLife杂志上。

“我们目前使用的显微镜​​和图像分析技术令人印象深刻，让我们能够实时看到细胞的运动和许多生物结构的形成，”Pujadas 解释说。“但是量化我们观察到的生物学是非常复杂的，通常在生物学中，量化和测量越来越困难。例如，量化大脑的体积是非常复杂的，因为它不是同质的，它不像足球那样具有相同的均匀分布层。”

目前有一些工具可以在 2D 中进行量化，但很少有人在 3D 中这样做。该团队与巴塞罗那欧洲分子生物学实验室 (EMBL Barcelona) 合作，开发了一种管道或包含各种任务或功能的程序，以从结合不同信号的显微图像生成 3D 模型，从而可以查看内部结构。为了实现这一点，他们使用了自己开发的平台DAAKER 。

从 2D 过渡到 3D。跟踪大脑形态发生过程中神经元生长的时间变化。学分：庞培法布拉大学 - 巴塞罗那

因此，他们结合了已经为其他功能发布的算法，并以不同的方式将它们结合起来，以便能够应用它们来回答他们的生物学问题：神经元种群如何增长?兴奋性(谷氨酸)和抑制性(GABAergic)神经元是如何产生的?

“我们看到，通过使用使我们能够可视化特定细胞群的荧光标记，我们可以将它们用作组织形成过程中每个细胞的整个生命史的生物标记，并计算它们占据的体积。这使我们能够可视化和量化我们以前看不到的参数。”

研究人员利用共聚焦显微镜图像和计算工具创建了一个 3D大脑图谱，以便了解神经元何时诞生以及它们的最终目的地是什么。但是，最重要的是，“这使我们能够从它们在大脑中的位置推断出它们的出生日期，因为存在内部-外部梯度。这意味着之前分化的神经元位于大脑的最内部。那些后来出生的人，这使我们能够研究不同神经群体的动态，”Pujades 说。

他们研究的后脑部分(菱脑)在脊椎动物中是高度保守的，也就是说，人类和七鳃鳗之间没有区别。它也被称为原始后脑，因为这是控制脊椎动物基本功能的地方，例如吞咽、呼吸、内脏神经支配等。

这样做有什么好处?例如，可以在斑马鱼中创建人类头像，也就是说，我们可以在鱼中生成我们需要的突变。“我们观察它是如何发展的，而不是像大海捞针一样寻找神经影响，我们可以进入某个状态，查看神经元的分布，通过将其与图谱进行比较，我们可以知道何时发生了神经缺陷，”普哈达斯说。

这是在脊椎动物中进行的第一次大脑绘图，因为果蝇的制图已经存在。该系统是用开源编写的，可以应用于任何器官，例如心脏，也可以用于任何模型，例如苍蝇或老鼠。它只需要研究人员想要看到的特定标记。

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