Uma equipe de cientistas do Allen Institute for Brain Science está tornando público um manualmente construído, 3D celular de nível atlas completo do mouse cérebro. Derived from serial two-photon tomograph images of the brains of 1.657 mice, this third iteration of the Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework, or CCFv3, is the result of three years of intensive data gathering and drawing.
“esperamos que a comunidade mais ampla de neurociência a use como um novo atlas de referência padrão”, disse Lydia Ng, PhD, que é diretora sênior de tecnologia no Allen Institute for Brain Science, e um dos autores sênior no atlas paper, que é publicado em célula. “Ao tornar o nosso atlas e ferramentas relacionadas de Acesso Aberto, novos dados e tipos de dados gerados em toda a nossa comunidade podem ser mais facilmente integrados e comparados no mesmo contexto espacial, e o atlas, por sua vez, pode ser modificado à medida que o nosso conhecimento sobre a estrutura cerebral evolui.”
Adicionado co-autor sênior, Julie Harris, PhD, diretor-adjunto da neuroanatomia do Allen Institute for Brain Science”, Referência atlas são verdadeiramente multi-propósito ferramentas que são utilizadas para o ensino de neuroanatomia, proporcionando comum nomenclatura para identificar as regiões do cérebro, análises para descrever o local onde os dados foram coletados, e representando a nossa coletiva de conhecimento atual sobre a organização da estrutura do cérebro.”The researchers reported on the CCFv3 map in a report titled,” The Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework: a 3D Reference Atlas.”
este vídeo retrata uma fusão de dados no quadro CCF a imagem de fundo em tons de cinzento representa a anatomia média de 1.675 espécimes individuais formando a base para o sistema de coordenadas comum. As linhas curvas coloridas representavam linhas amostradas. O córtex do mouse é uma folha 3D organizada em camadas onde a conexão entre as camadas é tipicamente perpendicular à superfície, sugerindo uma hipotética organização colunar. A curvatura do córtex torna difícil visualizar ao longo desta dimensão teórica. Estas linhas são uma estimativa destas “verticais” baseadas na geometria curva. Para ver se as linhas refletem a verdadeira curvatura nós as comparamos com dados reais. A imagem colorida hotmetal é um composto de múltiplos conjuntos de dados para visualizar a forma de dendrite densa de neurônios da pirâmide L5 que foram seletivamente rotulados com a injeção de tracer viral dependente do Cre na linha de driver Sim1-Cre_KJ18 ou A930038C07Rik-Tg1-Cre. Cada conjunto de dados foi registrado para o CCF para permitir a sobreposição de dados de ~100 espécimes.
o cérebro do rato contém aproximadamente 100 milhões de células em centenas de regiões diferentes. O conhecimento da neuroanatomia do cérebro do rato tem avançado dramaticamente ao longo da última década, com o advento de projetos de mapeamento do cérebro inteiro adicionando novos tipos de dados e revelando arquitetura celular em ricos novos detalhes.
colaborações internacionais em larga escala estão gerando grandes pesquisas de tipos de células e conexões no cérebro do mouse, coletando grandes quantidades de dados através de modalidades, escalas espaciais e áreas cerebrais, explicaram os autores. E à medida que os conjuntos de dados de neurociência se tornam maiores e mais complexos, um mapa espacial comum do cérebro se torna mais crítico, assim como a capacidade de exatamente Co-registrar muitos tipos diferentes de dados em um espaço 3D comum para comparar e correlacionar.
” recentes colaborações internacionais em larga escala estão gerando grandes pesquisas de tipos de células e conexões no cérebro do mouse, coletando grandes quantidades de dados através de modalidades, escalas espaciais e áreas cerebrais”, comentou a equipe. “Uma integração bem sucedida destes dados requer um atlas de referência 3D padrão.”Isso significa que atlas de referência digital moderna deve evoluir para permanecer atual, comentou Harris. “No entanto, Atlas Padrão clássico não atendem às demandas destes conjuntos de dados de resolução celular em 3D. então, nós produzimos um atlas verdadeiramente 3D para servir como um framework anatômico padrão para os conjuntos de dados de todo o cérebro sendo produzidos.”
o CCFv3 do cérebro inteiro baseia-se numa versão parcial lançada em 2016 que mapeou todo o córtex do rato, a concha mais externa do cérebro. Versões anteriores do atlas eram mapas 3D de menor resolução, enquanto a resolução do CCFv3 é suficientemente boa o suficiente para identificar a localização de células individuais. O alinhamento de diferentes tipos de conjuntos de dados em CCFv3 permitiu aos pesquisadores rotular mais de 800 estruturas cerebrais. Ao fazê-lo, eles identificaram várias estruturas cerebrais não descritas anteriormente em Atlas cerebrais padrão do rato, e várias novas fibras nervosas não descritas em outras Atlas.
“CCFv3 é parcelado em 43 áreas isocorticais e suas camadas, 329 estruturas subcorticais de matéria cinzenta, 81 extensões de fibras e 8 estruturas ventriculares (por hemisfério)”, explicaram os cientistas. “Dado que cada conjunto de dados revela um padrão de rotulagem único para certas regiões do cérebro do rato, combinando todos estes tipos de dados devem complementar-se ou confirmar-se uns aos outros, demonstrando uma tremenda vantagem metodológica para definir com precisão as estruturas do cérebro”, Ng observou.
the authors say that CCFv3 has higher spatial resolution than any currently existing 3D mouse reference space based on magnetic resonance imaging. Como o CCFv3 é uma média de uma grande população de ratos, ele pode ser usado para estudar a variabilidade inter-individual nos volumes de estruturas cerebrais 3D no contexto de diferentes estados de doença. Além disso, muitos detalhes anatômicos eram aparentes no cérebro médio que não eram facilmente discerníveis em nenhum único cérebro de rato.
pode ser pensado como o equivalente neurociência de um GPS de um telefone, o Instituto Allen sugere. Em vez de procurar manualmente a sua localização num mapa de papel baseado no que vê à sua volta, o GPS (e o novo atlas cerebral) diz-lhe Onde está. Com conjuntos de dados nos milhares ou milhões de diferentes pedaços de Informação, esse conjunto comum de coordenadas—e identificando os marcos cerebrais correspondentes para essas coordenadas—é crucial.
” antigamente, as pessoas definiam diferentes regiões do cérebro à vista. À medida que obtemos mais e mais dados, essa Curação manual já não tem escala”, disse Ng. “Assim como temos uma sequência de genoma de referência, você precisa de uma anatomia de referência.”
historicamente, as Atlas cerebrais foram desenhadas em 2D, tendo vistas tipo folha do cérebro em diferentes profundidades e alinhando-as. Para alguns tipos de dados, esta forma de Mapeamento Cerebral funciona bem. Mas para os estudos modernos de neurociência olhando para a atividade neuronal ou características celulares em todo o cérebro, um atlas 3D dá um melhor contexto. Para fazer o atlas, os pesquisadores dividiram o cérebro em pequenos blocos virtuais 3D, conhecidos como voxels, e atribuíram a cada bloco uma coordenada única. Os dados que alimentaram aquela construção 3D vieram da anatomia média do cérebro de 1.675 animais diferentes. A equipe então atribuiu cada um desses voxels a uma das centenas de diferentes regiões conhecidas do cérebro do rato, desenhando cuidadosas fronteiras entre áreas distintas.
os conjuntos de dados que alimentaram estes dois aspectos do atlas vieram de vários tipos diferentes de experimentos conduzidos no Allen Institute ao longo dos últimos anos. “Para ajudar com as precisões areais, compilamos e curamos conjuntos de dados de referência multimodais deformavelmente registrados para o cérebro padrão médio”, explicaram os autores. Os dados de referência incluíam manchas de histologia, imunohistoquímica, expressão transgênica, hibridização in situ (ISH), e experimentos de conectividade anterograde tracer.”Esta espinha dorsal de diferentes tipos de dados torna o atlas único entre atlas de referência de Atlas cerebral, disseram os pesquisadores.
“we are now using this atlas as the common anatomical reference space for many large-scale projects, including whole-brain circuit mapping, single-cell reconstructions, and the generation of a comprehensive brain-type census”, Harris stated. “Todos esses dados, e o que aprendemos sobre a arquitetura do cérebro por sua vez, em algum momento necessitarão de um atlas 3D atualizado, de próxima geração, embora seja provável que seja construído com métodos diferentes, mais automatizados, baseados em dados.”
as iterações futuras do atlas Irão, portanto, depender do aprendizado de máquina ou de outras formas de automação, ao invés da laboriosa Curação manual que entrou na versão atual. “Como sabemos agora, Atlas deve estar evoluindo e vivendo recursos, porque à medida que aprendemos mais sobre como o cérebro é organizado, vamos precisar fazer atualizações”, disse Harris. “Construir atlas de forma automática e imparcial é onde o campo se move.”
o CCF Allen é de acesso aberto, e está disponível com ferramentas relacionadas em https://portal.brain-map.org/