为了理解我们的大脑，科学家需要了解他们的成分。这个主题是神经科学不断增长的努力的基础，它定义了大脑的不同构件 - 细胞。

使用鼠标的8000万个神经元和860亿个神经元，通过这些微妙的微观构建块进行分类并不是一件轻而易举的事。今天发表在“自然神经科学”杂志上的艾伦脑科学研究所的一项新研究描述了基于细胞的两个重要特征：它们的3D形状和它们的电学行为的大型小鼠神经元类型。

该研究从迄今为止成人实验室小鼠中获得了同类中最大的数据集，是艾伦研究所通过大规模探索脑细胞类型发现大脑“周期表”的更大努力的一部分。研究人员希望更好地了解健康哺乳动物大脑中的细胞类型，为揭示人类大脑疾病和疾病的基础细胞类型奠定基础。

如果你想到经典的元素周期表，可以用多种方式描述和分类化学元素：它们的质量，化学性质，它们是否是金属。神经科学家面临着类似的挑战。给定的神经元将具有许多不同的个性特征，使其与其他神经元类型区别开来：它的形状，行为，它所开启的独特基因组，它在大脑中的位置，以及它与之相互作用的其他类型的细胞。

你如何定义细胞类型?

为了解单个细胞类型的作用，研究人员需要探索所有这些属性，艾伦研究所艾伦脑科学研究所结构化科学执行主任，高级作者曾洪奎，博士说。研究。

“细胞类型是一组彼此具有相似功能特性的细胞，但我们不明白所有这些属性是什么，”Zeng说。“我们不应只关注单个特征;我们需要尽可能多地查看细胞的特征，并询问它们是否相互一致。”

在这项研究中，研究小组对来自小鼠大脑视觉处理部分的神经元进行了分类，找到了几十种不同的脑细胞类型，仔细分析了近2000个神经元的电活动及其详细的3D形状(也称为形态学)。近500个相同的细胞。研究人员还发现，这些新的细胞类型与去年发表的补充研究中的类别相符。在早期的研究中，艾伦研究所的研究人员使用基因表达，或在任何一个细胞中开启的基因列表，将近24,000个脑细胞分类成不同类型。

不同特征产生相似细胞类型组的事实使研究人员相信他们在分类中处于正确的轨道，Staci Sorensen博士说，他是艾伦脑科学研究所负责形态学团队的神经科学家。该研究的主要作者是Nathan Gouwens，博士和Jim Berg，博士。“如果我们在细胞的多个属性上进行比对，那么我们就可以更自信地拥有具有生物学意义的细胞类型，”索伦森说。

为什么形状和活动很重要

它们的活动和形状也为研究人员提供了关于个体细胞在大脑神经回路的更大背景下正在做什么的线索。使用脉冲的电信号，所谓的尖峰或动作电位，是神经元与每个神经元通信的方式的近乎普遍的习语。调谐不同的神经元以发送和接收这种尖峰的不同模式。

了解这些信号有助于研究人员重建这些神经元如何连接到电路中的其他神经元。它们的形状也提供了线索。

“细胞的形状代表了它与其他细胞的连接方式，”艾伦研究所的计算神经科学家Gouwens说。“我们关心的是细胞如何相互连接，因为它们是如何形成电路来处理信息的。”

社区数据

研究人员希望这些公开的数据 - 以及有关脑细胞类型基因表达的数据，所有这些都是艾伦细胞类型数据库的一部分 - 将能够更深入地探索健康和疾病中的特定细胞类型。例如，如果一个研究小组对大脑中特定的疾病相关基因感兴趣，他们可以看到哪种细胞类型具有该基因的开启或表达，然后探索这些神经元的形状和活性以形成新的假设。基因如何发挥作用 - 如果基因发生突变或缺失，疾病可能会出现什么问题。

“它们可以形成一个假设，即基因功能障碍如何改变这种细胞类型，它可能如何导致特定的影响，”伯格说，他是艾伦脑科学研究所的神经科学家，领导着测量神经元电活动的团队。“要获得覆盖率需要大量数据，以便人们可以信任数据，但我认为我们终于处于这个阶段。”

一种无偏见的方法

为了研究神经元的形态，研究人员需要首先在其他神经元的混乱中识别单个细胞并支持小鼠大脑中的细胞，然后用一种特殊的含染料探针注射一个细胞，将其整体染成一片。大脑该团队使用在艾伦研究所设计的小鼠携带的基因使某些神经元在显微镜下发出明亮的颜色，让研究人员更容易挑选出单个神经元。然后研究人员使用相同的微观探针通过研究它们对不同类型电输入的反应来读出细胞的电活动。

由于这些实验是如此劳动密集，研究小组通常一次探索一种或几种细胞类型，这些细胞类型通常基于特定问题进行选择。然而，艾伦研究所团队希望以广泛，无偏见的方式解决这个问题，在相同的实验条件和大脑的同一区域研究细胞，这样它们就可以更容易地相互比较。