绘制斑马鱼大脑中的未知区域以深入了解神经结构

当一个人穿越崎岖的地形时，地图会派上用场。它们还帮助研究人员研究大脑的复杂组织。马克斯·普朗克生物智能研究所的科学家为斑马鱼的大脑创建了一套新的地图。他们用单细胞分辨率确定了数百个基因的活性，并将这些图谱组装成一个交互式图谱。在线资源支持研究人员在这种脊椎动物的大脑中寻找出路，并为神经结构和功能提供新的见解。

这项工作发表在《科学进展》杂志上。

错综复杂的脑细胞(神经元)网络使斑马鱼能够感知环境，找到食物或交配伙伴并逃离捕食者。所有这些细胞都拥有相同的遗传信息，但它们专门从事不同的功能。它是某些基因的表达 - 将遗传信息复制到信使RNA并将它们翻译成蛋白质的过程 - 决定了神经元的形状，连接性和行为作用。具有相似性质的神经元属于同一类型。据估计，鱼脑中有数百种(如果不是数千种)不同类型的鱼。类似的数字也适用于人脑。

了解哪些基因表达以及在哪里表达有助于研究人员了解大脑的功能以及它如何控制斑马鱼的行为。然而，众所周知，作为特定行为基础的神经元细胞类型很难解开，帮助科学家在大脑中找到出路的地图也有许多空白点。

“我们以前只有有限的斑马鱼大脑中基因表达的信息，”Herwig Baier部门的博士后研究员Inbal Shainer解释说。“这些数据分辨率低，无法与最新的细胞类型和大脑结构图相结合。我们的工作现在填补了这一空白。

为了减少现有地图中的空白点，Inbal Shainer，Enrico Kuehn及其同事使用了一种在显微镜下可见单个基因表达的方法。该方法足够灵敏，能够以非常高的分辨率检测整个斑马鱼大脑中基因表达的差异 - 低至单细胞水平。

根据获得的数据，研究人员为每个基因准备了一个表达图谱，并将数百个这样的图谱合并到一个图谱中。新的基因表达图谱与马克斯普朗克斑马鱼大脑(mapzebrain)图谱的现有数据无缝集成，其中包含有关大脑结构，细胞类型和细胞之间连接的信息。通过观察这些特征和基因表达相结合，科学家们可以更全面地了解斑马鱼大脑中信息是如何被处理的。

例如，研究人员研究了环境刺激如何改变cfos基因的表达，CFOS基因是高度活跃神经细胞的标志物。当一条年轻的斑马鱼进食时，CFOS基因表达在检测猎物和控制狩猎运动的大脑区域中增加，但在连接到外侧下丘脑的一组细胞中也增加，下丘脑是参与发出饥饿和饱腹感信号的大脑区域。

“将基因表达纳入mapzebrain已经为我们提供了令人兴奋的新见解。后续实验将显示我们发现的细胞是否确实引发了饱腹感信号，“Herwig Baier部门的分子生物学家Enrico Kuehn说。

斑马鱼图谱是一个开源的在线工具，研究界不断向现有数据集提供数据。科学家可以在线检查和分析图像，将其下载到他们的设备上，或将图谱与其他在线工具连接起来。

Herwig Baier部门的研究人员乐观地认为，随着更多的基因和更详细的脑细胞图谱被添加，mapzebrain图谱将继续增长。下一步，该团队的目标是包括最近通过电子显微镜获得的神经元回路信息。“结合不同的数据集可以让斑马鱼研究界对大脑功能的遗传基础获得全新的见解。这将使我们能够更好地了解大脑如何发育以及它们如何运作，“Inbal Shainer总结道。

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