人类大脑皮层千万亿次碎片的连接组学研究

人脑是神经科学中最有趣的对象。最近，哈佛大学和谷歌的研究人员发布了一个 1.4 PB 的人类大脑皮层小样本数据集(大脑的表层，负责更高层次的认知功能)。

该样品已使用电子显微镜以 4nm 分辨率成像。它通过自动计算技术进行注释并分析以获得初步见解。成像数据、重建结果和注释可通过交互式 3D 可视化界面访问。它可以让我们研究跨越皮层所有层的多种细胞类型的人类皮层中的突触连接。

迄今为止，脑组织样本是任何物种中以这种细节级别进行成像和重建的最大样本。除了帮助研究人脑外，该项目还改进和扩展了底层的连接组学技术。

我们从大脑皮层的颞叶获得了一个快速保存的人类手术样本。我们用重金属染色 1 mm 3体积，将其嵌入树脂中，在 30 nm 处切割 5000 多个切片，并使用高速多光束扫描电子显微镜对这些切片进行成像。我们使用计算方法渲染了 50,000 个细胞、数亿个神经突和 1.3 亿个突触连接的三维结构。1.4 PB 电子显微镜体积、分段细胞、细胞部分、血管、髓鞘、抑制性和兴奋性突触以及 100 个手动校对细胞可供在线阅读. 尽管由于拆分和合并错误导致自动分割不完整，但许多有趣的特征还是很明显的。神经胶质细胞数量超过神经元 2:1，少突胶质细胞是体积中最常见的细胞类型。神经元的 E:I 平衡为 69:31%，体积中兴奋性突触与抑制性突触的比率也是如此。锥体神经元上突触的 E:I 比明显高于抑制性中间神经元。我们发现深层兴奋性细胞类型可以根据结构和连接性差异分为子集，吊灯中间神经元不仅支配如前所述的兴奋性神经元初始段，还支配彼此的初始段，以及在建立的数千个弱连接之间在每个神经元上，存在更罕见的高度强大的轴突输入，它们与目标神经元建立多突触接触(最多 20 个突触)。我们的分析表明，这些强大的输入是特定的，并且允许少量的轴突在它们的一些突触后伙伴的活动中发挥巨大的作用。

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