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新东南大学-艾伦研究所合作使用虚拟现实技术捕捉小鼠神经元的三维形状

艾伦脑科学研究所(Allen Institute For Brain Science)是艾伦研究所(Allen Institute)的一个分部,与中国南京的东南大学(东南大学)进行的一项新的国际合作,正在解决从整个动物大脑中逐个细胞地捕捉整个小鼠神经元三维形状的难题。这项名为SEU-Allen神经元形态学联合中心或SEU-Allen中心的新工作,正在使用虚拟现实耳机,允许研究人员在3D和计算分析中手动跟踪细胞的形状或形态,以帮助这些形态的自动重建。

“捕捉完整的神经元形态是非常复杂的。重建每个细胞需要很长时间,“艾伦脑科学研究所助理研究员、SEU-Allen中心主任彭汉川博士说。“我们希望我们的重建工作完全自动化,然后由一个人进行二次检查。”挑选出一个神经元的完整形状,它的所有细腻细细的轴突纤维都与大脑中的数千个其他神经元纠缠在一起,这是一个费时费力的过程。但彭说,与整个大脑一起工作对于理解神经元的真实形状是很重要的,因为细胞是如此地交织在一起,它们的轴突如此之长,以至于大脑中的任何切割都可能切断研究人员试图重建的神经元的重要部分。

VR脑科学

艾伦脑科学研究所(Allen Institute For BrainScience)结构科学执行主任、SEU-Allen中心(SEU-Allen Center)负责人之一、艾伦脑科学研究所(Allen Institute For BrainScience)结构科学执行主任曾鸿奎(Hong Kui Zeng)博士说,这个项目是理解大脑中所有细胞是如何相互区别的一个重要部分-最终,它们是如何运作大脑的所有不同功能的。这一合作符合艾伦研究所的努力,即创建一个全面的“周期表”,其中包括老鼠和人脑中所有不同类型的细胞,即艾伦细胞类型数据库(Allen Cell Types Database)。

“了解细胞的完整形状是表征脑细胞的一个重要部分,”曾说。“我们需要在整个大脑中进行这项工作,因为许多神经元与其他位于遥远脑区的神经元交谈,这意味着它们在整个大脑中发送长轴突连接。”理解大脑的接线图是非常重要的,也就是说,谁在大脑中与谁交谈-这是神经科学领域的一个基本问题。“

SEU-Allen小组并不是唯一一个试图完全重建神经元的研究小组。但是,他们的做法有几个方面是独特的,彭说。他们使用VR耳机来帮助人工重建-这让研究人员能够在3D而不是在电脑屏幕上看到神经元。他们正在进行团队合作,将软件代码开发与手工重建结合起来,在一个迭代过程中允许对他们的技术进行实时改进。东南大学SEU-Allen中心的工作空间包括一个大屏幕,可以从所有研究人员的办公桌上看到,这些办公桌上有关于团队进展的最新数据,每30分钟更新一次。

目前,该中心大约有12名工作人员,有更多的研究人员通过临时轮调来提供帮助,彭说。他们每个月生产50到100个新的完全神经元重建,目标是在不久的将来通过进一步自动化这个过程来加速他们的工作。研究人员还希望其他合作者有兴趣帮助这项工作。由于这些数据是公开的,任何拥有VR耳机的人都可以远程参与重建。东南大学负责研究的副校长吴刚(音译)博士说:“这种合作对于那些对为神经科学提供高质量、开放获取数据感兴趣的人来说是一个很好的匹配。”“我们相信,这种合作产生的数据和新技术不仅将有助于整个领域更好地理解神经数据的复杂性和美,而且还将吸引更多的学者进入脑科学领域。”

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