蓝色大脑发现神经元在鼠标Neocortex中的数十亿突触连接

EPFL蓝色脑项目的研究人员是瑞士大脑研究倡议，组合了两个高调，大型数据集，以生产出完全新的新型模型，引导整个鼠标Neocortex的神经元到神经元连通性。它们产生了1000万神经元的微结合的统计情况，这是一个跨越五个数量级的模型，含有880亿突触连接。世界上最大的详细神经电路模拟的基础。

识别新皮层每个区域所有神经元的连接

突触之间的突触连接结构神经元塑造他们的活动和功能。迄今为止，对这种所谓的连接体的全面快照的测量只能在比针尖还小的微小体积中完成。对于更大容量的神经元来说，由极细但很长的纤维束组成的长距离连接，目前只对少数单个神经元进行了研究，这远远不是一个完整的画面。另外，它也被研究在宏观尺度上，一个“缩小”的平均特征视图，不提供单细胞分辨率。

发表在自然通讯，蓝色大脑研究人员表明，诀窍在于结合这两个视图。通过将数据集成到最近的两个数据集 - 艾伦鼠标脑连接地图集和Janelia Mouselight - 研究人员确定了一些关键规则，这些规则决定了哪些单独的神经元可以在Neocortex内的大距离形成连接。这是可能的，因为两个数据集在整个Neocortex方面互相补充，并且提供了蜂窝分辨率。

在单细胞分辨率下出现令人惊讶的复杂结构

建立在他们以前的工作在建模本地脑然后，研究人员能够参数化这些新皮层连接的原则，并生成与之兼容的统计连接体实例。当他们研究其结构时，他们发现了一些有趣的东西;从细胞的分辨率来看，一个迄今为止只在相邻神经元之间发现的令人惊讶的复杂结构，现在也将大脑不同区域和相对两端的神经元连接在一起。这与之前在人类大脑中发现的自相似性规则(核磁共振数据)相比较，该规则预测自相似性会一直延伸到单个神经元的水平。

首席研究员迈克尔·雷曼说:“这让我重新思考了我对这些长期联系的看法。”它们被描绘成连接或同步整个大脑区域的钝电缆。但也许还有更多的原因，更具体地针对单个神经元。这是我们从一些相对粗糙的原则中学到的。我希望通过改进方法，我们能在未来发现更多。”

公开访问的Connectome可以作为强大的空模型来比较实验结果

“我们通过使用先前发布的电路建筑管道的改进版本（Markram等。，2015），“迈克尔·雷曼解释道。”在脑地图集地区定义的3D空间中的神经元放置神经元，而不是六角形棱镜，考虑到各个脑区的几何和细胞组成。该组合物基于来自开源蓝脑细胞Atlas的数​​据。进一步的约束来自其他可公开可访问的数据集。到目前为止未知的其他约束可能会更加限制远程连接。要启动迭代细化的过程，我们将该模型和数据提供给公众。在投影强度，映射，层简档和单个轴突上的参数化约束（即投影配方）以及整个Neocortex Micro-Connectomes的随机实例范围内https://portal.bluebrain.epfl.ch/resources/models/mouse-projections”。

这个开放可访问的连接体可以作为一个强大的无效模型来比较实验结果，并作为全脑模拟详细的神经网络的基础。新皮层长期连接的预测null模型的几个实例的稀疏连接矩阵也已经公开，因为这一结果积极地证明了向公众提供数据集的能力。

进一步推进案例的仿真

模拟(硅内)方法使科学家们能够瞄准比实验方法小几个数量级的体积，直接到具有亚细胞分辨率的单个神经元的神经支配。展望未来，这将允许模拟单个神经元、整个区域或整个新皮质的电活动。

“这篇论文建立在蓝脑早期评估形态约束对连接的工作上，“形态多样性强烈限制突触连接和可塑性，”(大脑皮层《新皮层微电路的重建和模拟》(Cell 2015)解释了蓝脑创始人兼主任Henry Markram教授。“这些发现使我们能够以指数级增长的速度继续我们的模拟实验，也就是说，我们现在可以建立更大的大脑区域的生物学上精确的大脑模型，以更高的分辨率，从而进一步推进模拟的情况。”

---

---