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三維神經影像資料庫刊登於Current Biology期刊
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本中心計算生物小組與清華大學腦科學研究中心合作,共同建立了全球第一個三維神經影像資料庫,並建構了果蠅大腦的神經網路圖譜。這項研究成果將於 2011 年一月刊登在生物領域重量級期刊當代生物學(Current BiologyImpact Factor = 10.992,在Biochemistry & Molecular Biology領域期刊排名為15/283),並獲選為該期之封面,而數個知名的科學網站如ScienceBlogs.org以果蠅大腦三維影像動畫和EurekAlert.org以專文,介紹此一資料庫。

本中心負責建置與維運「FlyCircuit」三維神經影像資料庫,運用高速運算資源處理大量三維神經影像資訊,分析果蠅腦神經間的連結,建立神經網路圖譜。全世界的研究人員只要透過三維影像雲端服務系統,便可以輕易的在網路上透過搜尋工具,搜尋及瀏覽三維神經影像,並且可以將自己取得的果蠅神經影像上傳並進行分析。本中心所開發的三維影像服務系統具有下列特點:1.全世界都可以經由網路從遠端個人電腦分析比對三維影像;2.自動化流程建構及管理大量三維影像資料庫;3.利用雲端架構影像伺服器提供多人同時任意組合三維影像服務。

果蠅大腦內大約有十萬個神經細胞,研究團隊以共軛焦顯微鏡進行取像,目前已取得果蠅大腦內約16,000條神經細胞的高解析度三維影像,並將其重組進一個果蠅的「標準腦」中。在分析三維果蠅腦神經網路過程中,整理出41個「局部運作單元」,還有6個「轉接區塊」,其間透過58條神經束相互連結,而分析局部運算單元間的連結後,也定義了四個已知功能模組,如視覺、嗅覺、聽覺以及運動區。了解這些神經網路的運作,將是了解人腦運作的第一步,因為兩者使用了六種同樣的神經傳導分子,而且也具備了十分相似的兩個互相連結的半腦架構。

此成果於2010122在網路上發表後,已在學界引起許多迴響,紐約時報於1214報導此項成果,報導中加州大學聖地牙哥分校的Ralph Greenspan 教授表示「我認為這開啟了一整個新世界,我們可以利用這個圖譜來探索腦神經網路與行為之間的關係」。美國冷泉港實驗室的Josh Dubnau 博士說「透過這個可以讓全球搜尋並上傳果蠅神經影像的圖譜,會真正加速研究的進行」。

另一位研究人類腦神經網路多年的研究學者,印地安那大學的Olaf Sporns教授驚訝的表示,「我昨天看了差點從椅子上跌下來」,他發現果蠅腦神經的連結陣列與他長年研究的人腦皮質線路陣列實在太像了。果蠅腦和人腦的都依照 "小世界(small world)"的原則建構,意思是具有高度局部神經聚集,以及長距離的連結。

本資料庫將持續更新至果蠅全部十萬個神經元之完整圖譜完成。目前已取得的神經影像以及相關的分析工具都對外公開於「FlyCircuit」資料庫,公開後已有26個國家,數百位研究人員前來註冊使用此一資料庫,網址為http://www.flycircuit.tw/

論文on-line網址:http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(10)01522-8

  

圖為果蠅大腦的58條神經束,不同顏色代表不同神經束。

FlyCircuit三維神經影像資料庫(http://www.flycircuit.tw/)

延伸閱讀:

•1.      http://scienceblogs.com/deanscorner/2010/12/a_3d_tour_of_the_fruit_fly_bra.php

•2.      http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-12/cp-3mo112910.php

•3.      Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, et al. (2008) Mapping the structural core of human cerebral cortex. PLoS Biol 6(7): e159. doi:10.1371/journal.pbio.0060159

  

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