Rekonstrukce nervového obvodu - Neural circuit reconstruction

Rekonstrukce nervového obvodu je rekonstrukce podrobných obvodů nervový systém (nebo část nervového systému) zvířete. Někdy se tomu říká EM rekonstrukce protože hlavní použitá metoda je elektronový mikroskop (EM).[1] Toto pole je blízký příbuzný s reverzní inženýrství zařízení vyrobených člověkem a je součástí pole konektomika, což je dílčí pole neuroanatomie.

Modelové systémy

Některé z modelových systémů používaných k rekonstrukci obvodů jsou ovocný let,[1] the myš,[2] a hlístice C. elegans.[3]

příprava vzorků

Vzorek musí být fixován, obarven a vložen do plastu.[4]

Zobrazování

Vzorek může být nakrájen na tenké plátky pomocí a mikrotom, poté zobrazeny pomocí transmisní elektronová mikroskopie. Alternativně může být vzorek zobrazen pomocí a rastrovací elektronový mikroskop, pak se povrch obrousil pomocí a zaostřený iontový paprsek nebo oříznuté pomocí mikrotomu v mikroskopu. Poté se vzorek znovu zobrazí a proces se opakuje, dokud se nezpracuje požadovaný objem.[5]

Zpracování obrazu

Prvním krokem je zarovnání jednotlivých obrazů do souvislého trojrozměrného objemu.

Svazek je poté anotován pomocí jedné ze dvou hlavních metod. První ručně identifikuje kostry každého z nich neurit.[6] Druhá technika využívá software pro počítačové vidění k identifikaci voxelů patřících ke stejnému neuronu, které jsou následně v procesu korigovány korektura.[7]

Pozoruhodné příklady

  • Konektom C. elegans byla klíčová práce v této oblasti.[3] Tento obvod byl získán s velkým úsilím pomocí ručně řezaných řezů a čistě manuální anotace na fotografickém filmu. Po mnoho let to byla jediná dostupná rekonstrukce okruhu.

Omezení a budoucí práce

Pochopení podrobného provozu rekonstruovaných sítí vyžaduje také znalost mezery křižovatky (těžko viditelný s existujícími technikami), identita neurotransmitery a umístění a totožnosti receptory. Navíc, neuromodulátory může difundovat na velké vzdálenosti a stále silně ovlivňovat funkci.[8] V současné době je nutné tyto funkce získat pomocí jiných technik. Expanzní mikroskopie může poskytnout alternativní metodu.

Reference

  1. ^ A b Chklovskii, Dmitri B; Vitaladevuni, Shiv; Scheffer, Louis K (2010). "Poloautomatická rekonstrukce nervových obvodů pomocí elektronové mikroskopie". Aktuální názor v neurobiologii. 20 (5): 667–75. doi:10.1016 / j.conb.2010.08.002. PMID  20833533.
  2. ^ Bock, Davi D .; Lee, Wei-Chung Allen; Kerlin, Aaron M .; Andermann, Mark L .; Hood, Greg; Wetzel, Arthur W .; Yurgenson, Sergey; Soucy, Edward R .; et al. (2011). „Síťová anatomie a fyziologie in vivo zrakových kortikálních neuronů“. Příroda. 471 (7337): 177–82. doi:10.1038 / nature09802. PMC  3095821. PMID  21390124.
  3. ^ A b White, John G .; Southgate, Eileen; Nichol Thomson, J .; Brenner, Sydney (1986). „Struktura nervového systému hlístice Caenorhabditis elegans“. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 314 (1165): 1–340. doi:10.1098 / rstb.1986.0056. PMID  22462104.
  4. ^ Hayat, M. Arif (2000). Principy a techniky skenovací elektronové mikroskopie. Biologické aplikace, čtvrté vydání. Cambridge University Press. ISBN  978-0521632874.
  5. ^ Briggman, Kevin L .; Davi D. Bock (2012). "Objemová elektronová mikroskopie pro rekonstrukci neuronových obvodů" (PDF). Aktuální názor v neurobiologii. 22 (1): 154–161. doi:10.1016 / j.conb.2011.10.022. PMID  22119321.
  6. ^ Saalfeld, Stephan, Albert Cardona, Volker Hartenstein a Pavel Tomančák (2009). „CATMAID: kolaborativní anotační sada nástrojů pro obrovské množství obrazových dat“. Bioinformatika. 25 (15): 1984–1986. doi:10.1093 / bioinformatika / btp266. PMC  2712332. PMID  19376822.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  7. ^ Chklovskii, Dmitri B., Shiv Vitaladevuni a Louis K. Scheffer. (2010). „Poloautomatická rekonstrukce nervových obvodů pomocí elektronové mikroskopie“. Aktuální názor v neurobiologii. 20 (5): 667–675. doi:10.1016 / j.conb.2010.08.002. PMID  20833533.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  8. ^ Bargmann, Cornelia I. (2012). „Beyond the connectome: how neuromodulators form neurální obvody“. BioEssays. 34 (6): 458–465. doi:10.1002 / bies.201100185. PMID  22396302.