美国神经科学家团队提出了一种全新的革命性方法，以获得小鼠的全脑神经元连接图。相关研究成果刊载于10月23日《公共科学图书馆·生物学》杂志上。
该研究小组由冷泉港实验室安东尼·扎多教授领导，旨在提供一个完整的神经元连接图。目前获取此种高精度信息的唯一方法，是利用电子显微镜检查单个细胞间的突触。但这是一种速度慢、价格贵和劳动密集型的方法。扎多提出的方法是，利用高通DNA(脱氧核糖核酸)测序，以单个神经元的解析度来探求神经回路的连接。
之前，美国科研团队在哺乳动物的大脑映射连接上已取得一些进展。他们利用注射示踪染料或病毒的方法，以“中等”分辨率追踪脑区的神经纤维来描绘神经元连接图。其他研究小组则是基于用电子显微镜按比例放大的方法。
扎多表示，他们将以目前现有的高通量基因组测序仪可读的数据格式，来呈现神经元的连接。为此，他们开发了一种被称为“单个神经元连接条形码”(BOINC)的新工艺。
扎多团队旨在以超越“中等”的精度，即以一对独立神经元间的突触级别来追踪大脑中的神经连接。扎多表示，正在接受概念论证测试的BOINC条形码技术，可直接观察到神经回路进行的计算。实际上，目前大多数神经计算还无法在这样的精度上被理解，主要是因为无法在哺乳动物身上获得详尽的回路信息。
BOINC方法由三个步骤组成。首先，每个神经元都用特定的DNA条形码标定。仅包含20余个随机DNA“字母”的一个条形码，就可标定一万亿个神经元，这个数字已超过了小鼠大脑中存在的神经元数量。第二步着眼于由突触连接的神经元，并将其条形码与另一个联系起来。做到这一点的方法之一是利用一种病毒，如伪狂犬病病毒，它能跨越突触移动遗传物质。为了共享跨突触的条形码，病毒必须被设计成在其基因序列中携带这个条形码。病毒跨突触扩散后，每个神经元以条形码包的形式有效终结，这个条形码包中包含有自身以及来自突触耦合伙伴的代码。第三步则是将突触连接神经元的条形码连起来，形成一个单独的DNA片段，然后用现有的高通量DNA测序方法读取。这些双条形码序列经计算分析，就可显示出大脑突触接线图。
扎多表示，如果BOINC目前正在进行的概念论证测试能获得成功，其将提供一个显著廉价和快速的方法来组装神经元连接体，甚至是哺乳动物复杂的大脑。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1371/journal.pbio.1001411
PMC:
PMID:
Sequencing the Connectome
Anthony M. Zador, Joshua Dubnau, Hassana K. Oyibo, Huiqing Zhan, Gang Cao, Ian D. Peikon
Connectivity determines the function of neural circuits. Historically, circuit mapping has usually been viewed as a problem of microscopy, but no current method can achieve high-throughput mapping of entire circuits with single neuron precision. Here we describe a novel approach to determining connectivity. We propose BOINC (“barcoding of individual neuronal connections”), a method for converting the problem of connectivity into a form that can be read out by high-throughput DNA sequencing. The appeal of using sequencing is that its scale—sequencing billions of nucleotides per day is now routine—is a natural match to the complexity of neural circuits. An inexpensive high-throughput technique for establishing circuit connectivity at single neuron resolution could transform neuroscience research.
