蓝脑计划”的准确预测神经元之间的连接
在神经科学的最大挑战之一,是确定神经元之间的突触连接的地图。“体”,是圣杯将解释如何在大脑中信息流动。在一次具有里程碑意义的论文,发表在9月17日的一周PNAS欧洲职业足球联盟,蓝脑计划(BBP)确定关键原则决定synapse-scale连接几乎重构一个皮质微电路和比较哺乳动物样本。这些原则现在可以预测的位置在大脑皮层突触。
“这是一个重大突破,因为它可能需要几十年的时间,如果不是几个世纪,映射每个大脑突触的位置,这也使现在更容易建立精确模型,”亨利·马克莱姆说,BBP的头。
长期神经科学之谜是否所有神经元独立成长,把他们作为其分支相互碰撞,或者是专门指导下每个神经元的树枝化学信号找到所有的目标。解开这个谜团,研究者在一个虚拟的皮质的重建微电路看树枝撞在一起。让他们大为吃惊的是,他们发现在模型匹配的位置突触发现相当于真实的大脑电路精度从75%到95%不等。
这意味着神经元生长一样彼此独立的身体,主要是形成突触的地方他们随机相互碰撞。少数例外也发现指出神经元信号的特殊情况,通过改变统计连接。通过考虑到这些异常,蓝脑团队现在可以做一个近乎完美的预测的位置内的突触形成电路。
虚拟重建
BBP的目标是整合知识的专业的分支神经科学,来自控制大脑结构和功能的基本原则,最终,重建不同物种的大脑——包括人类的大脑——在网上。当前论文提供了另一个概念验证的方法,首次通过展示突触的分布或哺乳动物大脑皮质的神经元连接,在很大程度上,是预测。
实现这些结果,从“蓝脑计划”的一个团队着手几乎重构皮质微电路基于无与伦比的几何数据和电气性能的neurons-data近20多年的艰苦的生活实验片大脑组织。每个神经元电路中被改造成3 d模型在一个强大的蓝色基因的超级计算机。约10000人挤在一个3 d的虚拟神经元空间随机位置的密度和比形态类型中找到相应的活组织。然后研究人员比较了回一个等价的模型大脑电路从一个真正的哺乳动物大脑。
大脑的精确模型的一个重要步骤
这一发现也解释了为什么大脑可以承受损失,表明突触的位置在所有相同的物种相似多于不同的大脑。“定位突触这样非常强劲,"计算神经学家和第一作者肖恩·希尔说,“我们可以不同密度、位置、方向和没有改变突触的分布位置的。”
他们继续发现突触位置只健壮的,只要每个神经元的形态略有不同,说明神经元在大脑中另一个谜——为什么不都相同的形状。“这是神经元的形态的多样性,使得一个特定物种的大脑回路基本相同,高度健壮,”希尔说。
整体工作代表一个重大加速度的能力来构建神经系统的详细模型。结果提供了重要的见解神经系统控制线路的基本原则,把如何健壮的皮质神经元电路是由高度多样化的人口——了解大脑功能的必不可少的一步。他们还强调BBP的建构主义方法的价值。“虽然跨广泛的系统集成数据尺度是缓慢而艰苦的,它允许我们推导的基本原则大脑结构,因此功能,”希尔解释说。
