發布時間:2022-12-06
2022年12月1日, 《Nature Communications》期刊在線發表題為《An integrated resource for functional and structural connectivity of the marmoset brain》的研究論文。該工作由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)劉賜融研究組和梁智鋒研究組,聯合美國匹茲堡大學田曉光、Afonso Silva和澳大利亞莫納什大學Marcello Rosa國際團隊共同合作完成。該研究發布了基于清醒狨猴功能磁共振成像和神經元示蹤的整合數據庫和皮層功能連接分區圖譜,為理解大腦連接的結構和功能關系奠定重要基礎。
該成果屬于狨猴腦圖譜計劃(marmosetbrainmapping.org)的第四個版本。該計劃的目標是構建全面的狨猴電子腦圖譜和分析工具,用于狨猴動物模型影像數據以及腦網絡組學的分析。該計劃到目前已發布四款圖譜工具。第一版皮層圖譜于2018年作為封面文章發表在Neuroimage (Liu, et al, 2018)。第二版白質圖譜于2020年作為封面文章發表在Nature Neuroscience (Liu, et al, 2020)。第三版群體模版于2021年作為“非人靈長類圖譜??濉卑l表在Neuroimage (Liu, et al, 2021)。前三個版本主要是圍繞腦解剖結構圖譜和分析工具來進行開發的。此次發表的第四個版本側重于皮層靜息態功能腦網絡和腦功能連接。
第四版狨猴圖譜資源包含新的數據集、腦功能網絡和連接分區圖譜、圖譜驗證和腦連接計算建模、以及在線圖譜可視化工具四個部分。該版本發布了迄今為止最大的清醒狨猴功能磁共振成像數據,并整合目前最大規模的狨猴皮層逆向神經示蹤數據和狨猴腦圖譜計劃前期所發表的多分辨率擴散MRI數據?;谠撜蠑祿?,團隊繪制了狨猴的功能腦網絡,包括15個皮層腦功能網絡,并開發了基于功能連接的皮層分區圖譜。為了更精確的反應不同狨猴的個體差異,團隊開發了基于深度學習的個體皮層分區生成器。團隊對第四版的皮層分區圖譜進行了系統的驗證,并和之前已發表的基于結構信息的皮層分區圖譜進行了比較,發現第四版圖譜能更好的反應狨猴腦連接拓撲特征以及腦功能活動激活模式?;诘谒陌鎴D譜和數據,團隊通過腦網絡動態建模,揭示了皮層功能連接和多種皮層結構連接(神經元示蹤和diffusion MRI tractography)的關系。最后,為了方便用戶使用,團隊開發了在線的圖譜分區可視化應用(atlasviewer.marmosetbrainmapping.org)以及皮層連接組可視化應用(connectome.marmosetbrainmapping.org)。該圖譜的所有原始數據、預處理的數據、和分析代碼都已經在狨猴腦圖譜計劃網站進行了公開發布(marmosetbrainmapping.org/data.html)。該圖譜資源將促進腦結構-功能連接關系的理解,以及靈長類大腦的比較和轉化研究。
該圖譜主要由田曉光和劉賜融共同完成開發。田曉光為論文的第一作者;劉賜融,田曉光,梁智鋒,Afonso Silva和Marcello Rosa為該論文的共同通訊作者。腦智卓越中心的陳語嫣、童傳駿、俸福睿,匹茲堡大學的Diego Szczupak,莫納什大學的Piotr Majka,龐培法布拉大學Gustavo Deco和Yonatan Sanz Perl,美國國立健康研究院的Cecil Chern-Chyi Yen和Daniel Glen,和浙江大學的江海騰,對論文做出重要貢獻。腦智卓越中心的9.4T磁共振成像平臺和實驗狨猴房對該項目提供了重要的支撐。該研究獲得科技部、國家自然科學基金委員會、中科院、上海市的資助。