脑细胞类型的形态与功能匹配

　　西达斯-西奈的研究人员已经创建了计算机生成的模型，以弥合关于神经元的“试管”数据与这些细胞在活体大脑中的功能之间的差距。他们的研究发表在同行评议的《Nature Communications》杂志上，可能有助于开发针对特定神经元类型的神经系统疾病和紊乱的治疗方法。

　　

西达斯-西奈的研究人员已经创建了计算机生成的模型，以弥合关于神经元的“试管”数据与这些细胞在活体大脑中的功能之间的差距。他们的研究发表在同行评议的《自然通讯》杂志上，可能有助于开发针对特定神经元类型的神经系统疾病和紊乱的治疗方法。

“这项工作让我们开始把大脑看作是一个复杂的机器，而不是一个单一的组织，”雪松西奈大学神经病学、神经外科和生物医学科学系的研究科学家、该研究的资深作者Costas Anastassiou博士说。“一旦我们能够区分不同的细胞类型，而不是说整个大脑都有疾病，我们就可以询问哪些神经元类型受到疾病的影响，并针对这些神经元定制治疗方法。”

神经元是大脑的主要功能单位。通过这些细胞的信号——以电波的形式——产生了所有的思想、感觉、运动、记忆和情感。

该研究利用实验室小鼠的数据，建立了一种新的方法来检查神经元类型和功能之间的关系，并将重点放在小鼠的初级视觉皮层上，该皮层负责接收和处理视觉信息。它是大脑中研究得最好的部分之一——无论是在体外，在活的有机体外的培养皿或试管中研究组织，还是在体内，在活的动物体内研究组织。调查人员的目标是将这两个世界联系起来。

Anastassiou说:“基于对基因组成和物理结构的体外研究，我们知道了一些不同种类的神经元的样子，但不知道它们在活体大脑中的功能。当我们在体内记录脑细胞的活动时，我们可以看到神经元对什么做出反应，它们的功能是什么，但不能看到它们是哪一类神经元。”

为了将形式与功能联系起来，研究人员首先使用体外信息来创建各种类型神经元的计算模型，并模拟它们的信号模式。

接下来，他们利用最新的单神经元记录技术，观察实验鼠在受到不同视觉刺激时的大脑活动。根据对视觉输入作出反应的神经元的信号或“尖峰”的形状，研究人员将他们记录的细胞分为六组。

Anastassiou说:“一旦我们有了模型和体内数据，最基本的问题是，哪种计算模型产生的信号形状和波形与我们确定的六个体内集群中的每一个最相似，反之亦然。并不是所有的体内集群和模型都完美匹配，但有些确实如此。”

可能需要更多的数据，以及可能涉及更复杂的视觉刺激的实验，来匹配所有的计算模型和细胞群，Anastassiou说，未来的研究将致力于完善当前论文中建立的方法。

Anastassiou说:“关于人类大脑中细胞类型的特性，我们有很多信息，但这些细胞类型在认知功能中所起的作用，以及它们是如何受到疾病影响的，我们都不知道。现在有了一个窗口，我们可以通过它来观察这些事情并提出这些问题。很明显，我们还有很长的路要走，但我们对这一旅程的下一步感到兴奋。”

最终目标是为改变患者生活的发现铺平道路。

在最详细的层面上扩大我们对人类大脑运作的了解，确定每个神经元的具体类型和功能可能有一天会导致发现脑部疾病和神经系统疾病的救命疗法。

Associations between in vitro, in vivo and in silico cell classes in mouse primary visual cortex