一个全面的“零件清单”是由它的组成单元构成的

艾伦研究所的神经科学家朝着理解大脑中细胞类型的完整列表迈出了一步。在《自然》杂志封面上发表的迄今为止最全面的研究中，研究人员根据细胞打开和关闭的基因，将大脑皮层、最外层和认知中心的细胞分为133种不同的“细胞类型”。基于艾伦研究所15年工作的分类揭示了许多罕见的脑细胞类型，并为揭示两种罕见神经元类型的新功能奠定了基础。这项研究从老鼠大脑皮层中与视觉和运动相关的部分获取了一个又一个细胞的信息。

科学家很难理解哺乳动物的大脑是如何做到的。他们甚至不知道它是由什么组成的——不同类型的脑细胞。神经科学家在工作中遇到的问题类似于试图重建一顿美味、复杂的饭菜，不仅不知道配料和配方，甚至没有任何方法来描述其中的许多配料。在这项新研究中，研究人员通过分析近2.4万只小鼠的1亿个脑细胞的基因，创建了一个包含133种细胞类型的列表，从而找到了描述这些成分的方法。研究人员表示，由于这项研究从如此多的细胞中捕捉到了数千个基因的活动，并且几乎完成了研究中的视觉和运动区域，因此大脑皮层的其他区域可能也遵循类似的组织规则。

“这是迄今为止对任何物种皮层任何区域最全面、最深入的分析。现在我们可以说，我们知道它的零件清单的分配规则，”曾洪奎博士说，执行医生。艾伦研究所艾伦脑科学研究所结构科学主任，这项研究的高级作者。“在掌握了所有这些数据之后，我们可以开始学习大脑如何组织的新原则——最终，它是如何工作的。”在霍华德休斯医学研究所Janelia Research Park的研究人员领导下，神经科学家利用基于基因的分类和其他有关神经元形状的信息，揭示了参与运动的两种新类型的神经元。然后，研究人员测量了移动小鼠中这些不同神经元的活动。他们发现，一种类型涉及有计划的锻炼，而另一种类型用于触发锻炼本身。

“基因表达是一种非常有效的获得细胞类型的方法，这也是艾伦研究所努力的核心，”Janelia的Karel Svoboda博士说，他与Michael Economo博士一起领导了运动神经元的研究。d .也是《细胞类型研究》的合著者。“运动皮层研究是不同细胞类型分类的第一次齐射，其中基因表达信息、结构信息和神经活动测量相结合，以说明大脑中特定细胞类型的功能。”

筛选24000个细胞来了解大脑

哺乳动物皮层被认为是控制认知功能的主要大脑区域，人类的大脑皮层比大多数其他哺乳动物的大脑皮层大得多。许多研究人员认为，了解这个复杂但规律的大脑区域的组成将有助于我们理解是什么使哺乳动物的大脑变得特殊，或者是什么使我们的大脑成为独特的人类。艾伦研究所的研究人员也试图确定其他小鼠皮层的“成分列表”，尽管他们预计他们在这项研究中发现的许多组织规则将适用于整个地区。从老鼠大脑皮层获得的知识构成了通过比较研究了解人类大脑皮层的基础。

尽管有许多方法可以理解是什么使一种细胞类型不同于另一种细胞类型——它的形状，它如何发送电信号，以及这些信号如何转化为大脑的许多功能——但只有基因表达才能帮助研究成千上万的细胞。一次一个细胞，整个过程。

“只有通过最近的技术进步，我们才能测量单个细胞中如此多基因的活性，”艾伦脑科学研究所分子遗传学副主任兼第一作者Dr。细胞类型研究。“最终，我们致力于不仅研究基因表达，还研究许多细胞的其他特征——包括它们的功能，这些是最难定义的。”

艾伦研究所领导的细胞类型研究是在2016年完成的类似小型研究中建立的，该研究从小鼠大脑的视觉处理部分筛选了约1600个细胞。通过将分析中的细胞数量增加近15倍，并扩展到大脑皮层的第二个区域，研究人员可以创建一个更全面、更精细的细胞类型目录。“当我们不仅看到人们以前识别的细胞类型，而且看到一些新的细胞类型出现在数据中，这对我们来说真是令人兴奋，”曾说。“这就像我们可以将所有不同的拼图拼凑在一起，然后突然看到全貌。”

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