[发明专利]一种构建全脑神经元网络连接图谱的方法

说明书

本发明涉及神经科学技术领域，具体涉及一种构建全脑神经元网络连接图谱的方法。本发明提供的构建全脑神经元网络连接图谱的方法包括：将荧光标记物注射至脑区，进行脑坐标定位，对目标脑区进行示踪病毒的立体定位微量注射，在病毒表达期后，取脑组织样本，将所述脑组织样本制备为脑组织切片，对所述脑组织切片进行连续扫描成像，获得全脑图像，使用交互式WholeBrain框架对所述全脑图像进行数据统计和分析，获得所述目标脑区与全脑范围连接的图谱。本发明对于全脑连接图谱构建的整个流程提供了详细系统的方法，为全脑连接图谱的构建提供了有效、便捷的方法，极大地提高了全脑连接图谱构建的工作效率和准确性。

技术领域

本发明涉及神经科学技术领域，具体涉及一种构建全脑神经元网络连接图谱的方法。

背景技术

大脑是自然界中最复杂的系统之一，根据研究人员的估计，人脑大约有860亿个神经元和大量的神经胶质细胞，它们形成了高度复杂的大脑结构网络。这个庞大而复杂的网络是大脑中认知表达和信息处理的生理基础。大脑中的大量不同类型的神经元以及数以万亿的突触连接(Azevedo FA,Carvalho LR,Grinberg LT,et al.Equal numbers ofneuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain.J Comp Neurol.2009.513(5):532-41.Herculano-Houzel S.Thehuman brain in numbers:a linearly scaled-up primate brain.Front HumNeurosci.2009.3:31.Koch C,Reid RC.Neuroscience:Observatories of themind.Nature.2012.483(7390):397-8.)并非离散的孤立的结构单元或者化学物质的集合体(Lehrer J.Neuroscience:Making connections.Nature.2009.457(29):524-27.)，它们彼此纵横交错、互相连接形成复杂的统一体，将大脑在时空尺度上的连接形成动态的复杂功能网络，实现大脑从解剖上的结构网络扩展到大脑的功能网络。结构和功能是密不可分的，结构是功能的基础，功能是结构的表征。绘制全脑拓扑图有助于获得全脑的神经网络连接结构。

由于示踪等技术限制等方面的原因，以往人们对神经系统的连接的研究多局限在某一个脑区，或者一群神经元与另一个或几个脑区之间的连接，并没有严格意义上的全脑范围的连接，因而对脑结构和功能了解较为片面，限制了对脑的正常运行机制和发病机理进行全面准确的判断。近年来，世界各国的神经科学家越来越充分地认识到构建全脑网络结构的重要性，绘制全脑神经连接的图谱已成为国际生命科学和未来发展研究的重点。全脑的连接图谱对于分析脑部疾病的形成以及分析大脑的工作机制，发病机理和预防至关重要，绘制全脑图谱对科学领域和生命健康具有重要意义。

精准地标记神经环路是了解大脑功能的关键。用于神经网络示踪的传统方法包括染料、Golgi染色等(朱贺,徐丽丽,李丽,马克涛,赵磊,司军强.常用神经示踪剂及其示踪特点研究进展.神经损伤与功能重建.2009.4(04):288-290.)，这些方法虽然可以显示神经元的形态和投射，但均具有标记效率不高，非特异性方向和传递过程中信号严重衰减的缺点。随着技术的进步许多用途广泛的，高度敏感的，并能选择性地进行顺行示踪、逆行标记的示踪物质被应用到神经系统连接的研究中，这在神经解剖学的发展中起到了巨大的推动作用。近十多年来，病毒是使用最多的示踪剂，病毒载体能够很好地标记神经元环路。病毒能在宿主神经元中扩增，并能实现特异性细胞类型标记，这是病毒用作示踪剂的独特功能。根据不同要求可以选择敏感性强并能选择性地进行顺行、逆行标记的示踪物质，来更好地研究脑区的神经环路，绘制出详细的神经网络拓扑图。