Можно долго подшучивать над коннектомикой (connectomics), но прогресс в её развитии настолько сильный, что даже использование англоязычных калек не облегчает понимания сути дела. Этим постом хочу сказать, что уже доказано, что схема связей мозга настолько разнообразна и нетривиальна, что старые модели нейронных сетей не просто примитивны, но и никуда не годятся!

Желание глубже разобраться в новых типах нейронов PIT00254 связано с необходимостью знать целый ряд новых понятий.

Внутриклеточный транспорт является направленным; транспорт от эндоплазматического ретикулума через аппарат Гольджи к лизосомам, эндосомам или клеточной поверхности называется антероградным; транспорт в обратном направлении – ретроградным.

Кроме диффузной магнито-резонансной томографии (дМРТ) применяется технология Brainbow: Брэйнбоу – это метод нейровизуализации, в основе которого лежит использование флуоресцентных белков. Будучи внедрённым в геном животного, зелёный флуоресцентный белок и его генетически модифицированные варианты окрашивают нервные клетки в разные цвета (в общей сложности до 100 разных оттенков), что позволяет значительно более точно локализовать архитектуру нейронных связей отдельных клеток. Данный метод позволяет картографировать одновременно до 100 нервных клеток. Названием метода является сочетание английских слов brain (мозг) и rainbow (радуга).

Несколько аксонов сетчатки (> 10 !) сходятся на переключающих клетках таламуса взрослых мышей. Это доказано в работе
Sarah Hammer, Aboozar Monavarfeshani, Tyler Lemon, Jianmin Su, and Michael Andrew Fox. Multiple retinal axons converge onto relay cells in the adult mouse thalamus // Cell reports 12, no. 10 (2015): 1575-1583. doi 10.1016/j.celrep.2015.08.003

Аннотация статьи {Ohno2016}, которая появилась в сети 15/12/15. Продвижением микроскопических технологий создан значительный прогресс в нашем понимании мозга. Недавние усилия по выяснению полной карты электрических связей мозга называемой «коннектом» с помощью различных форм технологии обработки изображений, в том числе световой и электронной микроскопии, начали давать существенный вклад на нескольких организмах. Вклад был бы невозможен без недавних инноваций при получении и анализе больших массивов коннектомных данных. Текущие данные показали, сложные сети с однонаправленными и взаимными связями головного мозга схем на макро- и световой микроскопии («мезоскопических») уровнях, и невообразимой сложности синаптических связей между аксонов и дендритов на электронно-микроскопических («микроскопическом») уровне. В то же время, данные подчеркнул необходимость добиться существенного прогресса в методологии проведения коннектомных исследований, в том числе эффективной обработки и автоматизированного анализа полученных данных. Дальнейшему пониманию структурного и функционального коннектома, по-видимому, способствует комбинация различных методов визуализации. Такие многопрофильные подходы дают нам ключ к решению, может ли полная коннектомика выяснить фундаментальные механизмы обработки основных и высших функций человеческого мозга.

Ключевые слова: коннектом, синапс, схема мозга, тректография (trajectography)

{Ohno2016} Nobuhiko Ohno, Mitsuhiko Katoh, Yurika Saitoh, and Sei Saitoh. Recent advancement in the challenges to connectomics // Microscopy (2015): dfv371. Advance Access article. Perhaps it will Microscopy 65 (1), dfv371, p.?-? (2016). doi 10.1093/jmicro/dfv371

Для тех, кто будет читать статью, привожу перевод подписей к рисункам (для размещения рисунков и статьи здесь нет разрешения).

Рис. 1. Несколько подходов, используемых в исследованиях по коннектомике в разных масштабах. Коннектомные исследования выполняются на макроскопическом (~10-1-10-3 м, для целого мозга траекторий аксонов пучков), мезоскопических (~10-2-10-7 м, для клеточной морфологии и нервных прогнозов) и микроскопические (~10-4-10-9 м, для субклеточных структур, включая синаптических связей) уровней с различными разрешениями (а). Макроскопические, мезоскопические и микроскопические исследования в основном используют дМТР (b), световой микроскопии с флуоресцентным маркировки (c) и 3D реконструкции следующем последовательного приобретения изображения с помощью электронного микроскопа (d), соответственно. Изображения взяты из Шибата и др. [13] (b), Мияваки [47] (c) и Takemura [59] (d).

Рис. 2. Различные методы, используемые для маркировки мезоскопических анализа коннектома головного мозговой. В подходе Брэйнбоу (a), генетическая рекомбинация посредничестве системы Cre-LoxP приводит к стохастической маркировки нейронов с комбинациями различных флуоресцентных белков, что позволяет различать траектории отдельных нейронов [36]. С другой стороны, в последнее время исследования использовали коннектомные маркировки определенных нейронов с антероградной (b) и антероградной и ретроградной комбинаций (c) отслеживание методы через инъекции в определенных участках головного мозга [40,45]. FG: fluorogold (золото, меченное флуоресц.меткой); BDA: биотинилирован¬ный декстран амин; PHAL: лейкоагглютинин обыкновенной фасоли; CTb: субъединица b холерного токсина. Разрез мозга мыши с инжектированных антероградным индикатором и контрастирующим 4',6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI) (d) показывает, что экспрессия (проявление) EGFP (d, f, g) после впрыскивания аденоассоциированного вируса и обычной антероградной метки BDA (d, e, g) локализуется в нейронах вблизи места инъекции. Область отмечены (d) увеличивается в (e)–(g) и (g) получают путем объединения (e) (показывая BDA) и (f) (показывая EGFP). Полоска: 1000 мкм. Вставки (d)–(g) адаптированы из Oh и др. [40] с разрешения.