扫描大脑的条形码


周不润, NeuroTimes   |   Feb. 24, 2016



4年前Tony Zador在Plos Biology上发表了对大脑连接组进行mapping的新想法:把这个解剖学问题转化为测序问题。如今,美国政府为Tony Zador的想法下了一个很大的赌注。在哈佛大学George Church领导的项目下,这项技术得到了5年2100万美元的开发经费支持。

由于人类神经元与相互之间的连接数目巨大,目前最主要的做法还是人工从电镜图片中进行手动连接,非常没有效率。Tony Zador开发的技术叫做BOINC (barcoding of individual neuronal connections),基本的想法是,使用30个随机核苷酸,给每一个神经元标识一个独有的“条形码”。30个核苷酸的随机排列产生的序列,足以应付神经元的庞大数量。通过可以在突触间移动的病毒,在不同神经元之间分享这些条形码,这样最终每个神经元都会有一堆条形码,包括自己的和其他有连接的神经元的。最后通过DNA测序,计算出每个神经元之间的连接。由于测序的高效和经济,BOINC方法有希望成为既快又便宜的连接组mapping方法。

目前这个方法归于MICrONS(Machine Intelligence from Cortical Networks)项目之下。MICrONS是美国Brain initiative的一部分,目标在于在小鼠视觉皮层的1立方毫米小块的范围内,搞清楚每一个神经元之间的突触连接。Tony Zador认为他们的方法有希望在几天或几周内完成这个目标,单纯使用电镜的话可能要好几年。

当然,目前仍然存在大量的问题,例如注射的病毒并不能保证每一个神经元都收到条形码。也有其他研究人员对此技术表示怀疑,认为可能错误率会很高;甚至对整个MICrONS计划表示怀疑,因为人类很多大脑功能是分散在大脑不同区域的,解决1立方毫米的连接,可能对理解大脑功能仍然毫无帮助。

但至少,能搞清楚1立方毫米的精确连接,离分析整个大脑的连接组,就不是那么遥不可及了。




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