约翰霍普金斯大学的科学家表示，他们利用3D成像、特殊显微镜和人工智能程序构建了小鼠大脑的新图谱，显示了超过1000万个称为少突胶质细胞的细胞的精确位置。这些细胞形成髓鞘，即包裹神经细胞轴突的保护性套管，它能加速电信号传输并支持大脑健康。
这项由美国国立卫生研究院资助的研究于2月18日在线发表在《细胞》杂志上。研究人员表示，这些图谱不仅描绘了髓鞘含量在不同脑回路间差异的全脑图景，而且还为了解此类细胞的缺失如何影响人类疾病提供了见解，这些疾病包括多发性硬化症、阿尔茨海默病以及其他影响学习、记忆、感觉能力和运动的疾病。尽管小鼠和人类的大脑不尽相同，但它们共享许多特征和大部分生物过程。
"我们的研究不仅识别了大脑中少突胶质细胞的位置，还整合了有关基因表达和神经元结构特征的信息。"约翰霍普金斯大学医学院神经科学系Diana Sylvestre and Charles Homcy教授Dwight Bergles博士说。"这就像绘制森林中所有树木的位置，但同时还要添加关于土壤质量、天气和地质的信息以理解森林生态系统。"
他们表示，约翰斯·霍普金斯创建的图谱比以前发表的图谱提供了更高的分辨率和更好的灰质覆盖。使用MRI等技术在这些区域更难看到髓鞘。灰质容纳了大脑中的大部分神经元，并控制运动和其他功能。
"由于髓鞘可以加速神经元之间的通讯，这些关于髓鞘模式区域差异的图谱可能有助于我们理解大脑的不同部分如何完成不同的任务。"Bergles说。
少突胶质细胞几乎存在于大脑的每个区域，尽管髓鞘在白质中更为普遍，白质是连接大脑不同区域的神经回路的主要通道。
对于这个新的绘图项目，Bergles的团队，包括第一作者、博士生和Kavli神经科学发现研究所研究员Yu Kang T. Xu，与生物医学工程师和计算机科学家合作。他们开发了一种新颖的工作流程，包括组织透明化处理，以去除使大脑深处难以观察的脂肪沉积物，以及一种称为光片显微镜的快速成像技术，以快速扫描所有大脑结构。
为了对每个小鼠大脑在不同条件和时间跨度下的超过1000万个细胞进行分类，科学家们需要机器学习的帮助，这是一种教导计算机如何准确执行任务的技术——在这种情况下，是自动搜索图像并识别每个少突胶质细胞，然后一次一张图像地重建全脑图谱。
每个图谱都绘制了小鼠一生中特定时期（从2个月到2岁）少突胶质细胞的位置。随着年龄增长，动物稳步获得更多的少突胶质细胞，但新少突胶质细胞和髓鞘形成的速率在不同脑区之间差异显著。最初添加缓慢的区域在生命后期继续缓慢添加少突胶质细胞——它们没有突然赶上或表现出显著的变异性——这表明这种模式反映了一个相当僵硬的发育程序。
"使用这种方法来观察不同的生活经历，如压力、社交互动和学习如何影响这些模式，将会很有趣。"Bergles说。
在哺乳动物大脑的某些区域，如海马体，少突胶质细胞和髓鞘的形成非常漫长，而海马体对学习和记忆的形成与存储至关重要。
他们还发现，接收直接感觉输入的大脑区域，其少突胶质细胞数量是其他区域（如初级运动皮层）的三倍。这种差异可能反映了大脑的需要，即在需要非常快速处理感觉信息——例如触觉、声音和视觉——的区域，让包裹髓鞘的神经元具有更快的传输速度。
在暴露于破坏少突胶质细胞和髓鞘的化学物质的小鼠中，科学家们识别出脆弱性较高和恢复力较强的区域，这可能为在多发性硬化症等疾病中保护髓鞘提供线索。
最后，在阿尔茨海默病小鼠模型中，团队发现髓鞘不仅在称为致密核心斑块（阿尔茨海默病标志性的错误折叠蛋白质缠结）的β-淀粉样蛋白斑块附近区域受损，而且在仅存在弥漫性斑块的白质区域也受损。Bergles说，这种增加的脆弱性可能解释了为什么少突胶质细胞功能障碍在这种疾病中普遍存在。
Bergles表示，其他科学家可以免费探索这些新发表的少突胶质细胞图谱，并希望这种使用能加速新的发现。
