Новый высокодетальный 3D-атлас всего мозга мыши
После трёх лет интенсивного сбора данных и кропотливой работы картографы завершили свой труд. Сложная область, которую они нанесли на карту, весит меньше мармеладки и имеет длину около 1,3 см: это мозг лабораторной мыши.
В статье, опубликованной в журнале Cell, исследователи из Allen Institute описывают это картографическое достижение — третью версию Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework, или CCFv3 (https://portal.brain-map.org/), полного высокодетального 3D-атласа мозга мыши.
Этот атлас задуман как точка отсчёта для нейробиологического сообщества. Мозг мыши содержит примерно 100 миллионов клеток, распределённых по сотням различных регионов. По мере роста объёма и сложности нейробиологических данных потребность в общей пространственной карте мозга и возможности точно сопоставлять разные типы данных в общем 3D-пространстве становится критически важной.
«Раньше люди определяли разные области мозга вручную. По мере того как мы получаем всё больше данных, такая ручная обработка перестаёт быть эффективной», — сказала Лидия Нг, доктор философии, старший директор по технологиям Allen Institute for Brain Science и один из старших авторов статьи. «Подобно референсной геномной последовательности, вам нужна референсная анатомия».
Возможность для исследований всего мозга
CCFv3, охватывающий весь мозг, основан на частичной версии, выпущенной в 2016 году и отображавшей кору мозга. Предыдущие версии атласа были 3D-картами более низкого разрешения, в то время как разрешение CCFv3 достаточно высоко, чтобы определять местоположение отдельных клеток. Последняя полная версия атласа открыта для научного сообщества с конца 2017 года, и несколько нейробиологических групп уже использовали её.
Ник Штайнмец, доктор философии, доцент Вашингтонского университета, использовал атлас в исследовании активности нейронов, когда мыши делали выбор между различными изображениями. Исследование использовало зонды Neuropixels, способные регистрировать активность сотен нейронов одновременно в нескольких областях мозга.
«Атлас был действительно необходимым ресурсом, который позволил саму идею проведения исследований на уровне всего мозга», — сказал Штайнмец. «Когда вы регистрируете сигналы с сотен точек по всему мозгу, это вводит новый масштаб исследования. Вам необходим общий вид того, где находятся все точки регистрации, и CCF сделал это возможным».
Эволюционирующий атлас
Для создания атласа исследователи разбили мозг на крошечные виртуальные 3D-блоки, известные как воксели, и присвоили каждому блоку уникальные координаты. Данные для построения 3D-модели были получены на основе усреднённой анатомии мозга почти 1700 различных животных. Затем команда отнесла каждый воксель к одной из сотен известных областей мозга мыши, тщательно очертив границы между разными зонами. Наборы данных для этих двух аспектов атласа были получены в результате нескольких различных экспериментов, проведённых в Allen Institute за последние годы. Исследователи отмечают, что именно эта основа из разных типов данных делает атлас уникальным среди референсных карт мозга.
Исторически атласы мозга были двумерными. Для некоторых типов данных такая форма картирования работает хорошо. Но для современных нейробиологических исследований, изучающих активность нейронов или характеристики клеток по всему мозгу, 3D-атлас даёт лучший контекст.
Исследователи считают, что будущие версии атласа, вероятно, будут опираться на машинное обучение или другие формы автоматизации, а не на трудоёмкую ручную обработку, как в текущей версии.
«Как мы теперь понимаем, атласы должны быть развивающимися и живыми ресурсами, потому что по мере того, как мы узнаём больше об организации мозга, нам потребуется вносить обновления», — сказала Джули Харрис, доктор философии, соавтор статьи. «Создание атласов автоматическим, непредвзятым способом — вероятное направление развития этой области».