新地图显示了小鼠大脑生命周期中数百万少突胶质细胞的精确定位。
约翰霍普金斯大学（美国马里兰州）的科学家表示，他们使用3D成像、特殊显微镜和人工智能程序构建了新的小鼠大脑图谱，展示了超过1000万个称为少突胶质细胞的精确定位。这些细胞形成髓鞘，即神经细胞轴突周围的保护套，可加速电信号传输并支持大脑健康。
研究人员表示，该研究于2月18日在线发表在《细胞》杂志上，并由美国国立卫生研究院（美国马里兰州）资助，这些图谱不仅描绘了大脑回路之间髓鞘含量变化的全脑图景，还提供了关于这些细胞损失如何影响人类疾病（如多发性硬化症、阿尔茨海默病以及其他影响学习、记忆、感官能力和运动的疾病）的见解。尽管小鼠和人类大脑并不相同，但它们共享许多特征和大多数生物过程。
约翰霍普金斯大学医学院神经科学系Diana Sylvestre和Charles Homcy教授Dwight Bergles解释说："我们的研究不仅确定了大脑中少突胶质细胞的位置，还整合了关于基因表达和神经元结构特征的信息。这就像绘制森林中所有树木的位置，但还添加了关于土壤质量、天气和地质的信息，以理解森林生态系统。"
研究人员表示，约翰霍普金斯大学创建的图谱比之前发布的图谱提供了更高的分辨率和更好的灰质覆盖。在这些区域中，使用MRI等技术很难看到髓鞘。灰质容纳了大脑中大部分神经元，并控制运动和其他功能。
Bergles继续说："由于髓鞘可以加速神经元之间的通信，这些区域髓鞘模式差异图谱可能帮助我们理解大脑不同部分如何完成不同任务。"
尽管髓鞘在白质中更为普遍（白质作为连接大脑不同区域的神经回路的主要通道），但少突胶质细胞几乎存在于大脑的每个区域。
对于新的测绘项目，Bergles的研究团队（包括第一作者Yu Kang T. Xu，一位博士生和Kavli神经科学发现研究所（美国加利福尼亚州）研究员）与生物医学工程师和计算机科学家合作。他们开发了一种涉及组织透明化的新流程，该技术可去除使深入观察大脑变得困难的脂肪沉积，并结合一种称为光片显微镜的快速成像技术，快速扫描所有脑结构。
为了在各种条件和时间跨度下对每只小鼠大脑中的1000多万个细胞进行编目，科学家们需要机器学习的帮助，这是一种教计算机准确执行任务的技术——在这种情况下，自动搜索图像并识别每个少突胶质细胞，然后一次一个图像地重建全脑图谱。
每张图谱绘制了小鼠生命周期中特定时间点的少突胶质细胞位置，从小鼠2个月到2岁。随着年龄增长，动物逐渐获得更多的少突胶质细胞，但新少突胶质细胞和髓鞘形成的速率在不同脑区域之间差异很大。最初添加缓慢的区域在生命后期继续缓慢添加少突胶质细胞——它们不会突然赶上或显示显著的变异性——这表明这种模式反映了一个相当严格的发育程序。
Bergles补充说："使用这种方法来观察不同的生活经历，如压力、社交互动和学习如何影响这些模式，将会很有趣。"
在哺乳动物大脑的某些区域，如海马体（对学习和记忆的形成和存储至关重要的区域），少突胶质细胞和髓鞘的形成过程非常漫长。
他们还发现，接收直接感官输入的大脑区域比其他区域（如初级运动皮层）的少突胶质细胞多三倍。这种差异可能反映了大脑需要在需要快速处理感官信息（如触觉、声音和视觉）的区域中，拥有髓鞘包裹的、传输速度更快的神经元。
在暴露于破坏少突胶质细胞和髓鞘的化学物质的小鼠中，科学家们确定了更高脆弱性和更大韧性的区域，这可能为在多发性硬化症等疾病中保护髓鞘提供线索。
最后，在阿尔茨海默病小鼠模型中，研究小组发现髓鞘不仅在称为致密核心斑块的β-淀粉样蛋白斑块附近区域受损（错误折叠蛋白质的缠结是阿尔茨海默病的标志），而且在仅有弥散性斑块的白质区域也受损。Bergles总结说，这种增加的脆弱性可能解释了为什么少突胶质细胞功能障碍在这种疾病中普遍存在。
Bergles表示，其他科学家可以免费探索这些新发布的少突胶质细胞图谱，希望这种使用将加速新发现。
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