Zusammenfassung: Die Forscher erstellten einen 3D-Atlas des sich entwickelnden Mausgehirns und lieferten eine dynamische, hochauflösende Ansicht der Gehirnstrukturen im embryonalen und postnatalen Stadium. Mit diesem neuen Tool können Wissenschaftler untersuchen, wie Gehirnzellen, beispielsweise GABAerge Neuronen, die mit neurologischen Störungen in Verbindung gebracht werden, während der Entwicklung auftreten und interagieren.
Durch die Integration von Magnetresonanztomographie und Lichtblattmikroskopie bietet der Atlas einen Referenzrahmen für die Untersuchung neurologischer Entwicklungsstörungen und die Weiterentwicklung der neurowissenschaftlichen Forschung. Der Atlas ist online verfügbar und bietet weltweiten Zugriff auf diese wichtige Ressource für die Hirnforschung.
Grundlegende Fakten:
- Ein 3D-Atlas zeigt die Gehirnentwicklung in sieben Stadien bei Mäusen.
- Der Atlas verfolgt GABAerge Neuronen, die für Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie verantwortlich sind.
- Es bietet Forschern ein kostenloses interaktives Tool zur Erforschung der neurologischen Entwicklung.
Quelle: Pennsylvania
Ein 3D-Atlas der sich entwickelnden Rattengehirne wurde mithilfe fortschrittlicher Bildgebungs- und Mikroskopietechniken von einem Forscherteam am Penn State College of Medicine und Mitarbeitern von fünf verschiedenen Instituten erstellt.
Dieser neue Atlas bietet ein dynamischeres 360-Grad-Bild des gesamten Gehirns von Säugetieren, während es sich im embryonalen und unmittelbaren postnatalen Stadium entwickelt, und dient als gemeinsame Referenz und anatomischer Rahmen, der Forschern hilft, die Gehirnentwicklung zu verstehen und neurologische Entwicklungsstörungen zu untersuchen.
Sie haben ihre Arbeit heute (21. Oktober) veröffentlicht Naturkommunikation.
„Karten sind eine wesentliche Infrastruktur für den Wissensaufbau, aber wir haben keinen hochauflösenden 3D-Atlas des sich entwickelnden Gehirns“, sagte Youngsoo Kim, außerordentlicher Professor für Neuro- und Verhaltenswissenschaften am Penn State College of Medicine und leitender Autor des Buches Studie. Papier.
„Wir erstellen hochauflösende Karten, mit denen wir verstehen können, wie sich das Gehirn unter normalen Bedingungen entwickelt und was passiert, wenn eine Gehirnstörung auftritt.“
Geografische Atlanten sind eine Sammlung von Karten, die einen umfassenden Überblick über die Geographie der Erde bieten, einschließlich Grenzen zwischen Regionen und Ländern, Merkmalen wie Bergen und Flüssen sowie Routen wie Straßen und Autobahnen. Am wichtigsten ist, dass es ein gemeinsames Verständnis bietet, das es Benutzern ermöglicht, bestimmte Standorte zu identifizieren und die räumliche Beziehung zwischen Bereichen zu verstehen.
Ebenso sind Gehirnatlanten von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der Gehirnstruktur. Sie helfen Forschern, die räumliche Organisation des Gehirns zu visualisieren und die Struktur und Funktion des Gehirns sowie die Verbindung verschiedener Regionen und Neuronen zu verstehen. Bisher waren Wissenschaftler auf gewebebasierte 2D-Schnappschüsse beschränkt, was es schwierig machte, anatomische Regionen in 3D und eventuell auftretende Veränderungen zu interpretieren, sagte Kim.
In den letzten Jahren gab es enorme Fortschritte bei bildgebenden Verfahren des gesamten Gehirns, die es Forschern ermöglichen, das gesamte Gehirn mit hoher Auflösung zu betrachten und umfangreiche 3D-Datensätze zu erstellen. Um diese Daten zu analysieren, erklärt Kim, entwickelten Wissenschaftler 3D-Referenzatlanten des Gehirns erwachsener Mäuse, ein Modell des Gehirns von Säugetieren.
Atlanten bieten einen globalen anatomischen Rahmen, der es Forschern ermöglicht, verschiedene Datensätze zu überlagern und vergleichende Analysen durchzuführen. Es gibt jedoch kein Äquivalent für das sich entwickelnde Mausgehirn, das im embryonalen und postnatalen Stadium schnelle Veränderungen in Form und Größe durchläuft.
„Ohne diese 3D-Karte des sich entwickelnden Gehirns können wir Daten aus neuen 3D-Studien nicht in einen standardmäßigen räumlichen Rahmen integrieren oder die Daten nicht konsistent analysieren“, sagte Kim. Mit anderen Worten: Das Fehlen einer 3D-Karte bremst den Fortschritt der neurowissenschaftlichen Forschung.
Das Forschungsteam erstellte ein gemeinsames multimodales 3D-Koordinationsgerüst des Mausgehirns über sieben Entwicklungszeitpunkte hinweg – vier Zeitpunkte während der Embryonalperiode und drei während der unmittelbaren postnatalen Phase. Mittels MRT machten sie Bilder von der allgemeinen Form und Struktur des Gehirns.
Anschließend verwendeten sie die Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie, eine bildgebende Technik, die es ermöglicht, das gesamte Gehirn mit Einzelzellauflösung zu betrachten. Diese hochauflösenden Bilder wurden dann an die Form von MRT-Abdrücken des Gehirns angepasst, um eine 3D-Karte zu erstellen. Das Team sammelte Proben von männlichen und weiblichen Mäusen.
Um zu demonstrieren, wie der Atlas zur Analyse verschiedener Datensätze und zur Verfolgung der Entstehung einzelner Zelltypen im sich entwickelnden Gehirn verwendet werden kann, konzentrierte sich das Team auf GABAerge Neuronen, Neuronen, die eine Schlüsselrolle bei der Kommunikation im Gehirn spielen. Dieser Zelltyp wird mit Schizophrenie, Autismus und anderen neurologischen Störungen in Verbindung gebracht.
Während Wissenschaftler GABAerge Neuronen in der äußeren Region des Gehirns, dem Kortex, untersucht haben, ist den Forschern zufolge wenig darüber bekannt, wie diese Zellen während der Entwicklung im gesamten Gehirn entstehen.
Zu verstehen, wie sich diese Zellgruppen unter normalen Bedingungen entwickeln, kann der Schlüssel zur Beurteilung dessen sein, was passiert, wenn etwas schief geht.
Um die Zusammenarbeit zu erleichtern und die neurowissenschaftliche Forschung weiter voranzutreiben, hat das Team eine interaktive webbasierte Version erstellt, die öffentlich verfügbar und kostenlos ist. Ziel ist es, die technischen Hürden für Forscher auf der ganzen Welt beim Zugriff auf diese Ressource deutlich zu verringern.
„Dies bietet eine Roadmap, die viele verschiedene Daten – genomische, neuroimaging, mikroskopische und mehr – in dieselbe Dateninfrastruktur integrieren kann. Dies wird die nächste Entwicklung der Gehirnforschung vorantreiben, die durch maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz vorangetrieben wird“, sagte Kim.
Zu den weiteren Autoren des Penn State College of Medicine, die zu diesem Artikel beigetragen haben, gehören: Faye Kronman, eine gemeinsame Studentin im MD/PhD Medical Scientist Training Program; Josephine Liwang, Doktorandin; Rebecca Beattie, Expertin für Forschungstechnologie; Daniel Fanselow, Forschungsprojektleiter; Stevie Mangella, Postdoktorand; Jennifer Minter, Expertin für Forschungstechnologie; Dongwei Chen, Experte für Forschungstechnologie; Rohan Patel, Student; und Keith Cheng, angesehener Professor in der Abteilung für Pathologie.
Nicholas Tostson von der University of Virginia School of Medicine; Ashwin Bhandewad und Lydia Ng am Allen Institute for Brain Sciences; Chung-Hyun Lee und Jiangyang Zhang an der NYU Grossman School of Medicine; Jeffrey Duda und James Gee an der University of Pennsylvania; Jian Xue und Yingxi Lin am Southwestern Medical Center der University of Texas; Luis Boelis an der Universität Murcia; Yuan-Ting Wu, zuvor Forschungswissenschaftler am Penn State und derzeit Projektwissenschaftler am Cedars-Sinai Medical Center, trug ebenfalls zu der Forschung bei.
Finanzierung: Die National Institutes of Health-Zuschüsse RF1MH12460501 der Brain Research through Innovative Neurotechnologies Initiative (BRAIN), R01NS108407, R01MH116176 und R01EB031722 unterstützen diese Arbeit.
Über Neuigkeiten aus der Gehirnentwicklungsforschung
Autor: Christine Yu
Quelle: Pennsylvania
Kommunikation: Christine Yu – Penn State
Bild: Bildquelle: Neuroscience News
Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Koordinationsrahmen für das Entwicklungsgehirn der Maus„Von Youngsoo Kim et al. Naturkommunikation
eine Zusammenfassung
Koordinationsrahmen für das Entwicklungsgehirn der Maus
3D-Gehirnatlanten sind wesentliche Ressourcen zum Verständnis der räumlichen Organisation des Gehirns und zur Verbesserung der Interoperabilität zwischen verschiedenen Studien. Im Gegensatz zum erwachsenen Mausgehirn behindert jedoch die fehlende Entwicklung von 3D-Referenzatlanten des Mausgehirns den Fortschritt beim Verständnis der Gehirnentwicklung.
Hier präsentieren wir einen dreidimensionalen gemeinsamen Entwicklungskoordinationsrahmen (DevCCF), der den Embryonaltag (E) 11,5, E13,5, E15,5, E18,5 und den postnatalen Tag (P) 4, P14 und P56 umfasst gekennzeichnet durch eine durchschnittliche morphologische undeformierte Atlasvorlage, die aus MRT- und Fluoreszenzmikroskopievorlagen von gleichzeitig registrierten hochauflösenden Lichtblättern generiert wurde.
DevCCF mit anatomischen 3D-Teilen kann heruntergeladen oder über den interaktiven 3D-Web-Visualizer erkundet werden. Als Anwendungsfall verwenden wir DevCCF, um die Entstehung GABAerger Neuronen in embryonalen Gehirnen zu erkennen. Darüber hinaus kartieren wir Allen CCFv3- und räumliche transkriptomische Zelltypdaten in unserem stereotaktischen P56-Atlas.
Zusammenfassend ist DevCCF eine offen zugängliche Ressource zur Integration von Daten aus mehreren Studien, um unser Verständnis der Gehirnentwicklung zu verbessern.
