Преодолевая «острова данных» нейронауки, навести «мост» для трёхмодальной интеграции
Китайские учёные разработали платформу IMC, впервые позволившую одновременно получать функциональные, структурные и молекулярные данные одного и того же нейрона in vivo
Короткое резюме
Исследователи из Центра передового опыта в области наук о мозге и интеллектуальных технологий Китайской академии наук Ван Кай и Сюй Шэнцзинь разработали платформу многомодального анализа на основе визуализации (IMC), впервые обеспечившую высокоточную интегрированную регистрацию кальциевой активности in vivo, морфологии проекций всего мозга и трёхмерного профиля экспрессии генов in situ одного и того же нейрона. Результаты опубликованы в журнале Cell.
В нейронауке функциональные, структурные и молекулярные свойства нейрона традиционно изучаются раздельно из-за несовместимости методов подготовки образцов и масштабов визуализации, что порождает «острова данных». Ранее в мире существовали лишь двухмодальные технологии («функция–молекула», «функция–структура», «структура–молекула»), тогда как интеграция всех трёх модальностей оставалась нерешённой задачей. Команда преодолела барьеры благодаря трём ключевым прорывам: совместимому экспериментальному протоколу с гибким оптическим окном и повторной вирусной инъекцией, технологии высокоразрешающей визуализации всего мозга мыши методом многослойной параллельной двухфотонной микроскопии (полное сканирование за 100 часов) и методу трёхмерного пространственного транскриптомного анализа толстых тканей на основе двухцветной кодирующей экспансионной флуоресцентной гибридизации in situ (2cEASI-FISH).
На основе IMC учёные получили полный трёхмодальный набор данных для 141 нейрона первичной зрительной коры мыши. Были сделаны четыре значимых открытия: функциональная идентичность нейрона определяется совместно молекулярным состоянием, морфологией и связями; субклеточная локализация мРНК служит новым молекулярным признаком для различения типов нейронов; идентифицирован ранее недостаточно изученный подтип возбуждающих проекционных нейронов Vglut1+/Vip+PT; подтверждена роль Rbp4 как маркёра зрительно-реагирующих нейронов. Платформа может быть расширена на другие области мозга и поведенческие парадигмы, а открытые трёхмодальные данные послужат эталонным ресурсом для развития методов ИИ в нейронауке.
Первая трёхмодальная интеграция одного нейрона
Платформа IMC впервые объединяет функциональные (кальциевая активность in vivo), структурные (проекции всего мозга) и молекулярные (3D транскриптом in situ) данные одного и того же нейрона
Три технологических прорыва
Совместимый протокол с гибким оптическим окном, параллельная двухфотонная визуализация всего мозга за 100 часов и технология 2cEASI-FISH с «4 высокими и 1 сверх» характеристиками
Четыре научных открытия
Функциональная идентичность нейрона формируется молекулами, морфологией и связями совместно; субклеточная локализация мРНК — новый признак; открыт подтип Vglut1+/Vip+PT; Rbp4 маркирует зрительно-реагирующие нейроны
Открытые данные как ресурс для ИИ
Трёхмодальные данные находятся в открытом доступе и могут служить эталоном для оценки и обучения методов мультимодальной интеграции и развития ИИ
Текст сгенерирован с использованием ИИ
