Comprehensive and multi-resolution mapping of cell morphology and wiring through X-ray holographic nano-tomography

通过 X 射线全息纳米断层扫描对细胞形态和布线进行全面的多分辨率绘图

基本信息

项目摘要

Project Summary / Abstract A fundamental goal in neuroscience is understanding how information is processed in neuronal circuits. However, the immense complexity of most brain networks has been a significant barrier to progress. Neurons are a primary computational component of the brain, yet we do not have a comprehensive list of their types for even the simplest mammalian neuronal circuit. Moreover, a neuron’s function is dependent on how it is connected, yet mammalian neuronal networks consist of billions of cells with trillions of connections. How do we approach such a complex computational system? Recent advances in X-ray microscopy, electron microscopy, and molecular genetic tools have allowed us to begin detailed mapping of neural network anatomy and connectivity. The cerebellum is an excellent system to scale and validate a new platform to systematically reverse engineer a functional neural circuit that is involved in motor control and social behavior. Its basic structure is well ordered, relatively simple and sufficiently studied to have inspired computational models that capture aspects of cerebellar function. However, even the most advanced models are limited by an incomplete characterization of the cell types and their connectivity within the cerebellum. Here, we propose to scale and validate our next-generation X-ray holographic nanotomography (XNH) platform and provide a comprehensive characterization of cerebellar circuitry. We will use tools recently established in our labs to disentangle a circuit that offers the advantages of relative simplicity and a strong starting foundation. These studies will allow us to understand principles of cerebellar circuit and cell type organization, and may help us determine the role of specific cell types in neurodegenerative disorders.
项目摘要 /摘要 神经科学的一个基本目标是了解如何在神经元电路中处理信息。 但是,大多数大脑网络的巨大复杂性已成为进步的重大障碍。神经元 是大脑的主要计算部分,但我们没有全面的列表 即使是最简单的哺乳动物神经元回路。而且,神经元的功能取决于它的状态 连接的,但哺乳动物的神经元网络由数十亿个具有数万亿个连接的细胞组成。怎么办 我们处理如此复杂的计算系统? X射线显微镜,电子的最新进展 显微镜和分子遗传工具使我们能够开始详细绘制神经网络解剖 和连通性。小脑是一个很好的系统,可用于系统地扩展和验证一个新的平台 反向工程师,一种功能性神经电路,涉及运动控制和社会行为。它的基本 结构井井有条,相对简单且足够的研究以启发了计算模型 捕获小脑功能的各个方面。但是,即使是最先进的型号也受到不完整的限制 细胞类型的表征及其在小脑内的连通性。在这里,我们建议进行扩展和 验证我们的下一代X射线全息纳米图(XNH)平台,并提供全面 小脑电路的表征。我们将使用最近在实验室中建立的工具来解开电路 这提供了相对简单性和强大的起始基础的优势。这些研究将使我们能够 了解小脑电路和细胞类型组织的原则,并可能有助于我们确定 神经退行性疾病中的特定细胞类型。

项目成果

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