A Tool for Synapse-level Circuit Analysis of Human Cerebral Cortex Specimens.

人类大脑皮层样本突触级电路分析的工具。

基本信息

  • 批准号:
    10271724
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 116.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-13 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The goal of this work is to facilitate synaptic level analysis of neurons and their interconnecting microcircuits in neurosurgical cerebral cortex biopsies from human patients. These full-thickness human cerebral cortex biopsies will be provided by neurosurgical colleagues from patients undergoing resective surgery or surgical implantation of leads for deep brain stimulation (DBS). Once we have demonstrated that the techniques and tools are sufficiently reliable, we will analyze neural circuits in samples from medical centers that study psychiatric and neurological disorders. In the initial phase we will: 1) optimize the removal of undamaged brain biopsies during neurosurgical procedures and transfer new techniques for immersion fixation and osmium staining to large (>5 cubic millimeter) fresh brain biopsies from human patients.; 2) we will optimize, with hardware and software changes, the speed and reliability of multibeam scanning electron microscopy image acquisition to automatically acquire synapse-level neural circuitry at petabyte scale in brain volumes that connect tens of thousands of neurons via hundreds of millions of synapses; 3) we will transfer methods to co-register molecular labels (for cell -types) with serial electron microscopy of the same human samples using very small novel immuno-probes that do not require permeabilization and hence, do not negatively impact the quality of the brain’s ultrastructure in order to identify ultrastructural correlates for each cell type; and 4) we will work with computer scientists at Argonne National Laboratory to develop a robust computational connectomics pipeline for stitching, alignment, segmentation, and storage of human brain circuits. This public platform will augment the efforts of a team at Google that is already begun working on our human samples. In the second phase, we will run many human biopsies through the image acquisition and analysis connectomic pipelines. We will use new software to compare circuit variability within and between individuals. We contend that detailed neural circuit analysis in human brain tissue that bridges scales from nanometers to millimeters is a prerequisite for understanding how the normal brain functions and discovering the pathological underpinnings of cognitive and developmental disorders. Our goal is that the methods we develop will be disseminated, becoming part of the toolbox for both neuropathology and fundamental human neuroscience.
项目摘要/摘要 这项工作的目的是促进神经元的突触水平分析及其相互连接的微电路 来自人类患者的神经外科脑皮质活检。这些全厚的人脑皮层活检 将由接受改良手术或​​手术植入的患者的神经外科同事提供 深脑刺激的铅(DBS)。一旦我们证明了技术和工具是 非常可靠,我们将分析来自研究精神病和研究中心的样本中的神经回路 神经系统疾病。在初始阶段,我们将:1)优化在期间删除不分类的脑活检 神经外科手术和转移新技术以浸入固定和osmium染色到大(> 5 来自人类患者的新鲜脑活检的立方毫米。 2)我们将使用硬件和软件进行优化 变化,多微型扫描电子显微镜图像采集的速度和可靠性自动 以脑体积获得突触级的神经回路,以连接数万个 神经元通过数亿个突触; 3)我们将转移方法与分子标记共同注册(对于细胞 - 类型)使用非常小的新型免疫探针与同一人类样品的串行电子显微镜检查 不需要透化,因此不要对大脑超微结构的质量产生负面影响 为了识别每种细胞类型的超微结构相关性; 4)我们将与计算机科学家合作 Argonne National Laboratory开发了可靠的计算连接管道,用于缝线,对齐, 人脑电路的分割和存储。这个公共平台将扩大团队的努力 Google已经开始研究我们的人类样本。在第二阶段,我们将经营许多人 通过图像采集和分析连接管道的活检。我们将使用新软件比较 个人内部和个人之间的电路变异性。我们认为人脑中的详细神经回路分析 桥接从纳米到毫米的组织是理解正常方式的先决条件 大脑功能并发现认知和发育障碍的病理基础。我们的 目标是我们开发的方法将被传播,成为两种神经病理学的工具箱的一部分 和基本的人类神经科学。

项目成果

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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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数据更新时间:2024-06-01

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    芝田晋介;岡野栄之;Jeff W Lichtman
    芝田晋介;岡野栄之;Jeff W Lichtman
  • 通讯作者:
    Jeff W Lichtman
    Jeff W Lichtman
共 1 条
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