科學(xué)家對(duì)大腦如何運(yùn)作的新見解

為了更好地了解大腦等復(fù)雜器官的功能，科學(xué)家們努力準(zhǔn)確了解其詳細(xì)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和其中發(fā)生的細(xì)胞間通訊。

在貝勒醫(yī)學(xué)院，Md. Abul Hassan Samee 博士和他的同事們朝著這個(gè)方向邁出了重要的一步。他們開發(fā)了先進(jìn)的計(jì)算方法，使人們對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性有了新的認(rèn)識(shí)，這可能會(huì)增強(qiáng)對(duì)這種復(fù)雜器官的理解，無論是健康還是疾病。

“目前，我們擁有使我們能夠識(shí)別和定位組織中單個(gè)細(xì)胞的技術(shù)。我們還能夠確定該組織中每個(gè)單細(xì)胞產(chǎn)生的產(chǎn)物是什么，”通訊作者、分子生理學(xué)和生物物理學(xué)助理教授、貝勒器官修復(fù)和更新中心成員薩米說。

哺乳動(dòng)物的大腦很復(fù)雜，由數(shù)百萬到數(shù)千億個(gè)細(xì)胞組成，在進(jìn)行分析時(shí)，它們會(huì)生成大量數(shù)據(jù)。挑戰(zhàn)在于開發(fā)將這些數(shù)據(jù)集中的信息整合在一起的方法，以生成一個(gè)能夠可靠地反映器官工作方式的模型。”

在當(dāng)前的研究中，Samee 與該工作的第一作者弗朗西斯科·何塞·格里桑蒂·卡諾佐、貝勒和德克薩斯心臟研究所的詹姆斯·馬丁博士以及貝勒的Zhen Zuo 合作開發(fā)了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來闡明復(fù)雜組織的結(jié)構(gòu)和功能方面。他們將使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (STANN) 的模型稱為空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)細(xì)胞類型分配。

“我們還使用了其他先進(jìn)、復(fù)雜的計(jì)算方法，使模型更加嚴(yán)格，”Samee 說。“我們將 STANN 和其他方法應(yīng)用于小鼠嗅球的現(xiàn)有大腦數(shù)據(jù)集，并開始在大腦的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能中看到非常有趣的模式。”

大腦由不同的形態(tài)層組成，而 STANN 使研究人員能夠預(yù)測(cè)其細(xì)胞組織的詳細(xì)圖片。“我們的模型逐層提供了不同細(xì)胞類型的精確位置，它們是否相互通信以及通過何種方式進(jìn)行通信，”Samee 說。“這對(duì)我們來說是一個(gè)‘尤里卡時(shí)刻’。”

Samee 和他的同事確定細(xì)胞類型組成在形態(tài)層內(nèi)非常一致。例如，特定層可能具有一定百分比的星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞，它們?cè)谡麄€(gè)同一層中保持不變。“如果我們從同一形態(tài)層的不同區(qū)域取幾個(gè)小部分，這些百分比看起來非常相似。但是，百分比可能會(huì)從一層到另一層發(fā)生變化，”Samee 解釋說。

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