刘赐融组发布第四版狨猴脑图谱

发布时间:2022-12-06

  2022121日, 《Nature Communications》期刊在线发表题为《An integrated resource for functional and structural connectivity of the marmoset brain》的研究论文。该工作由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)刘赐融研究组和梁智锋研究组,联合美国匹兹堡大学田晓光、Afonso Silva和澳大利亚莫纳什大学Marcello Rosa国际团队共同合作完成。该研究发布了基于清醒狨猴功能磁共振成像和神经元示踪的整合数据库和皮层功能连接分区图谱,为理解大脑连接的结构和功能关系奠定重要基础。 

  该成果属于狨猴脑图谱计划(marmosetbrainmapping.org)的第四个版本。该计划的目标是构建全面的狨猴电子脑图谱和分析工具,用于狨猴动物模型影像数据以及脑网络组学的分析。该计划到目前已发布四款图谱工具。第一版皮层图谱于2018年作为封面文章发表在Neuroimage (Liu, et al, 2018)。第二版白质图谱于2020年作为封面文章发表在Nature Neuroscience (Liu, et al, 2020)。第三版群体模版于2021年作为“非人灵长类图谱专刊邀稿”发表在Neuroimage (Liu, et al, 2021)。前三个版本主要是围绕脑解剖结构图谱和分析工具来进行开发的。此次发表的第四个版本侧重于皮层静息态功能脑网络和脑功能连接。

  第四版狨猴图谱资源包含新的数据集、脑功能网络和连接分区图谱、图谱验证和脑连接计算建模、以及在线图谱可视化工具四个部分。该版本发布了迄今为止最大的清醒狨猴功能磁共振成像数据,并整合目前最大规模的狨猴皮层逆向神经示踪数据和狨猴脑图谱计划前期所发表的多分辨率扩散MRI数据。基于该整合数据库,团队绘制了狨猴的功能脑网络,包括15个皮层脑功能网络,并开发了基于功能连接的皮层分区图谱。为了更精确的反应不同狨猴的个体差异,团队开发了基于深度学习的个体皮层分区生成器。团队对第四版的皮层分区图谱进行了系统的验证,并和之前已发表的基于结构信息的皮层分区图谱进行了比较,发现第四版图谱能更好的反应狨猴脑连接拓扑特征以及脑功能活动激活模式。基于第四版图谱和数据,团队通过脑网络动态建模,揭示了皮层功能连接和多种皮层结构连接(神经元示踪和diffusion MRI tractography)的关系。最后,为了方便用户使用,团队开发了在线的图谱分区可视化应用(atlasviewer.marmosetbrainmapping.org)以及皮层连接组可视化应用(connectome.marmosetbrainmapping.org)。该图谱的所有原始数据、预处理的数据、和分析代码都已经在狨猴脑图谱计划网站进行了公开发布(marmosetbrainmapping.org/data.html)。该图谱资源将促进脑结构-功能连接关系的理解,以及灵长类大脑的比较和转化研究。

  该图谱主要由田晓光和刘赐融共同完成开发。田晓光为论文的第一作者;刘赐融,田晓光,梁智锋,Afonso SilvaMarcello Rosa为该论文的共同通讯作者。脑智卓越中心的陈语嫣、童传骏、俸福睿,匹兹堡大学的Diego Szczupak,莫纳什大学的Piotr Majka,庞培法布拉大学Gustavo DecoYonatan Sanz Perl,美国国立健康研究院的Cecil Chern-Chyi YenDaniel Glen,和浙江大学的江海腾,对论文做出重要贡献。脑智卓越中心的9.4T磁共振成像平台和实验狨猴房对该项目提供了重要的支撑。该研究获得科技部、国家自然科学基金委员会、中科院、上海市的资助。

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