La estructura de las conexiones sinápticas entre las neuronas configura su actividad y función. La medición de una instantánea completa de este llamado conectoma hasta ahora solo se ha logrado en pequeños volúmenes, más pequeños que la cabeza de un alfiler. Para volúmenes más grandes,La conectividad de rango, formada por haces de fibras extremadamente delgadas pero largas, solo se ha estudiado para un pequeño número de neuronas individuales, lo que está lejos de ser una imagen completa. Alternativamente, se ha estudiado a escala macro, un "alejamiento"vista de características promedio que no proporciona resolución de celda única.
en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores de Blue Brain han demostrado que el truco radica en combinar estas dos vistas. Al integrar datos de dos conjuntos de datos recientes, el Allen Mouse Brain Connectivity Atlas y Janelia MouseLight, los investigadores identificaron algunas de las reglas clave que dictan quélas neuronas individuales pueden formar conexiones a grandes distancias dentro de la neocorteza, esto fue posible porque los dos conjuntos de datos se complementaron entre sí en términos de la totalidad de la neocorteza y la resolución celular proporcionada.
Aparición de una estructura sorprendentemente compleja en resolución unicelular
Sobre la base de su trabajo anterior en el modelado de circuitos cerebrales locales, los investigadores pudieron parametrizar estos principios de conectividad neocortical y generar instancias de conectoma estadísticas compatibles con ellos. Cuando estudiaron la estructura resultante, encontraron algo fascinante; a resolución celular,Una estructura sorprendentemente compleja que hasta ahora solo se había visto entre las neuronas vecinas ahora también unía neuronas en diferentes regiones y en los extremos opuestos del cerebro. Esto era comparable a una regla de auto-similitud que se había encontrado previamente en el cerebro humano MRI y predice que se extiende hasta el nivel de las neuronas individuales.
"Esto me hizo repensar cómo pienso acerca de estas conexiones de largo alcance", revela el investigador principal Michael Reimann. "Han sido representados como estos cables romos, conectando o sincronizando regiones cerebrales completas. Pero tal vez hay más para ellos"., una orientación más específica de las neuronas individuales. Y esto es lo que aprendimos de unos pocos principios relativamente específicos. Espero que con métodos mejorados encontraremos más en el futuro ".
El conectoma de acceso abierto puede servir como un poderoso modelo nulo para comparar hallazgos experimentales
"Hemos completado un primer conectoma de neocórtex de ratón utilizando una versión mejorada de nuestra tubería de construcción de circuitos publicada anteriormente Markram et al ., 2015 ", explica Michael Reimann." Se ha mejorado la colocación de neuronas en espacios 3d definidos por el atlas cerebral en lugar de prismas hexagonales, teniendo en cuenta la geometría y la composición celular de las regiones cerebrales individuales.La composición se basó en datos del código abierto Blue Brain Cell Atlas.Otras restricciones se derivaron de otros conjuntos de datos de acceso abierto.Es probable que las restricciones adicionales que hasta ahora se desconocen limiten aún más la conectividad de largo alcance.Para comenzar un proceso de refinamiento iterativo, pusimos el modelo y los datos a disposición del público.Las restricciones parametrizadas sobre la fuerza de proyección, el mapeo, los perfiles de capa y la orientación individual de axones es decir, la receta de proyección, así como las instancias estocásticas de microconectomas de neocorteza completa se pueden encontrar en http://portal.bluebrain.epfl.ch/resources/models/mouse-projections . "
Este conectoma abiertamente accesible puede servir como un poderoso modelo nulo para comparar hallazgos experimentales y como sustrato para simulaciones de todo el cerebro de redes neuronales detalladas. Las matrices de conexión dispersas de varias instancias del modelo nulo predicho de conectividad neocortical de largo alcance tienentambién ha estado disponible públicamente ya que este resultado demuestra activamente el poder de hacer que los conjuntos de datos estén disponibles para el público.
Avanzando más el caso para la simulación
El método de simulación in-silico permitió a los científicos apuntar a volúmenes de varios órdenes de magnitud más pequeños de lo que sería posible con métodos experimentales, hasta la inervación de neuronas individuales con resolución subcelular. En adelante, esto permitirála simulación de la actividad eléctrica de neuronas individuales, regiones enteras o de toda la neocorteza.
"Este documento se basa en el trabajo anterior de Blue Brain para evaluar las restricciones morfológicas en la conectividad, 'La diversidad morfológica restringe fuertemente la conectividad sináptica y la plasticidad', Corteza cerebral, 2017 y 'Reconstrucción y simulación de microcircuitos neocorticales' Cell 2015 explica BlueEl fundador y director del cerebro, el profesor Henry Markram. "Los hallazgos nos permiten continuar nuestros experimentos de simulación a un ritmo que aumenta exponencialmente, ahora podemos construir modelos cerebrales biológicamente precisos de regiones cerebrales cada vez más grandes y con una resolución cada vez más alta, avanzando asícaso de simulación "
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Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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