脳マッピングは、（生物学的）量または特性を（人間または非人間の）脳の空間表現にマッピングしてマップを作成することを前提とした一連の神経科学技術です。

2013年に脳マッピングおよび治療学会（SBMT）によって確立された定義によれば、脳マッピングは、要約すると、イメージング、免疫組織化学、分子および光遺伝学、幹細胞および細胞生物学、工学、神経生理学、ナノテクノロジーの使用を通じて脳と脊髄の解剖学と機能の研究として具体的に定義されています。

2024年、287人の研究者からなるチームが成体動物（ショウジョウバエ）の完全な脳マッピングを完了し、その結果をNature誌に発表した。[1] [2]

概要

すべての神経イメージングは​​脳マッピングの一部であると考えられています。脳マッピングはより高次の神経イメージングとして考えられ、行動を脳領域に投影したマップ（fMRI を参照）などの追加（画像化または非画像化）データ処理または分析の結果によって補完された脳画像を生成します。そのようなマップの1つであるコネクトグラムは、皮質領域を円の周囲に描き、葉ごとに整理します。リング内の同心円は、皮質の厚さや曲率など、さまざまな一般的な神経学的測定値を表します。円の中心には、白質線維を表す線があり、皮質領域間の接続が、分数異方性と接続の強度によって重み付けされて示されています。[3]高解像度の脳マップはコネクトームと呼ばれます。これらのマップには脳内の個々の神経接続が組み込まれており、配線図として表示されることがよくあります。[4]

脳マッピング技術は常に進化しており、画像の取得、表現、分析、視覚化、解釈技術の開発と改良に依存しています。[5] 機能的および構造的神経画像は、脳マッピングのマッピング側面の中核を成しています。

一部の科学者は、科学誌や一般紙で発表される脳画像に基づく主張、例えば愛や音楽的能力、特定の記憶といった「脳の部位」の発見などを批判しています。多くのマッピング技術は解像度が比較的低く、1つのボクセルに数十万個のニューロンしか含まれません。また、多くの機能は脳の複数の部位に関係するため、この種の主張は、使用されている機器では検証不可能であるだけでなく、脳機能の区分に関する誤った仮定に基づいている可能性が高いと考えられます。ほとんどの脳機能は、広大な領域ではなく、非常に多数の小さな個々の脳回路を対象とする、よりきめ細かな測定によって初めて正しく説明される可能性があります。これらの研究の多くは、サンプル数が少ない、機器のキャリブレーションが不十分であるなど、再現性がない技術的な問題を抱えています。これらの問題は、センセーショナルな学術論文やニュースの見出しを作るために無視されることがあります。脳マッピング技術は、商業目的、嘘発見、あるいは科学的に検証されていない方法で医療診断に利用されている場合もあります。[6] [要ページ]

歴史

1980年代後半、米国では、米国科学アカデミー医学研究所に、様々な技術を駆使した神経科学情報を統合することの価値を調査するための委員会を設立するよう委託された。[7] [ページが必要]

特に興味深いのは、構造的および機能的磁気共鳴画像法（fMRI）、拡散MRI（dMRI）、脳磁図法（MEG）、脳波記録法（EEG）、陽電子放出断層撮影（PET）、近赤外分光法（NIRS）などの非侵襲性スキャン技術を使用して、人間の脳の解剖学、生理学、灌流、機能、表現型をマッピングすることです。健康な脳と病気の脳の両方をマッピングして、統合失調症、自閉症、臨床的うつ病の患者など、さまざまな集団の記憶、学習、老化、薬物の影響を研究することができます。これがヒューマン・ブレイン・プロジェクトの設立につながりました。[8] [ページが必要]また、外傷性脳損傷（フィニアス・ゲージのケースのように）[9] を理解し、脳損傷の治療を改善するためにも非常に重要になる可能性があります。[10] [11]

一連の会議を経て、国際脳マッピングコンソーシアム（ICBM）が発展しました。[12] [ページが必要] 最終的な目標は、柔軟な計算脳アトラスを開発することです。

実績

Eyewire Museumは、マウスの網膜細胞のデータを視覚化したインタラクティブなデジタルカタログです。[13]

インタラクティブで市民科学的なウェブサイトであるEyewire は、マウスの網膜細胞をマッピングしており、2012 年に開設されました。2021 年には、Googleの研究者らによって、人間の脳の最も包括的な 3D マップが公開されました。このマップは、脳の 100 万分の1のニューロンとその接続、血管、その他の構成要素を示しています。このマップでは、1 平方ミリメートルの大きさの断片が約 30ナノメートルの厚さの約 5,300 個の断片にスライスされ、それぞれが電子顕微鏡でスキャンされました。このインタラクティブ マップには 1.4ペタバイトのストレージ容量が必要でした。[14] [15]約 2 か月後、科学者らは、新しい方法で 100 時間以内にスキャンし、サルの脳のニューロンレベルの解像度で初めての完全な 3D マップを作成したと報告しました。マップ全体を圧縮しても 1 ペタバイト以上のストレージ容量を必要とするため、公開されたのは 3D マップのほんの一部でした。[16] [17]

2021年10月、BRAINイニシアティブ細胞センサスネットワークは、一次運動野の細胞タイプのアトラスとセンサスを含む17の研究でマウス（哺乳類）の脳全体のアトラスを作成する長期プロジェクトの第1フェーズを終了しました。[18] [19] [20]

2024年、76の機関にまたがる287人の研究者からなるチームFlyWireは、成体動物（キイロショウジョウバエ）の脳マッピング（コネクトーム）を完成させ、その結果をNature誌に発表しました。[1]これまで、成体動物の脳が完全に再構築されたのは線虫Caenorhabditis elegansのみでしたが、このショウジョウバエの脳マップは、参加研究者の一人であるMurthy氏によると、初めての「複雑な脳の完全なマップ」です。[2]主要なマッピングデータは電子顕微鏡で収集され、人工知能と市民科学者の支援を受け、人工知能が犯したエラーが修正されました。結果として得られたモデルには、14万個以上のニューロンと5000万以上のシナプスが含まれていました。[21]このモデルから、脳が視覚などの機能のためにどのように新しい接続を作成するかを特定し、ニューロン接続マップのセグメントが神経系を含む外部信号とどのように相互作用するかを追跡するためのデジタルツインに相当するものを作成することが期待されています。 [22]

脳の発達

2021年、動物の脳が生涯を通じてどのように変化するかを示す初のコネクトームが報告されました。科学者たちは、発達段階の異なる8匹の同質遺伝子型線虫C. elegansの脳全体をマッピングし、比較しました。 [23] [24]同年後半、科学者たちは電子顕微鏡と脳弓イメージングを組み合わせ、哺乳類の神経回路の発達を初めて示しました。彼らは10匹のマウスのCNSと筋肉間の完全な配線図を報告しました。[25]

ビジョン

2021年8月、2016年に開始されたMICrONSプログラムの科学者ら[26]は、機能コネクトミクスデータセットを公開した。このデータセットには、「マウスが自然動画やパラメトリック刺激を視聴している間に記録された、一次視覚野（VISp）と3つの高次視覚野（VISrl、VISal、VISlm）の推定75,000個のニューロンのカルシウムイメージングが含まれています」。[27] [28]このデータに基づいて、研究者らは「立方ミリメートルの体積内で、マウスの一次視覚野の6層すべてと3つの高次視覚野（LM、AL、RL）にまたがる解剖学的および機能的データのインタラクティブな視覚化」であるMICrONS Explorerも公開した。[29]

脳の再生

2022年には、アホロートルの脳の発達と再生に関する初の時空間細胞アトラスであるインタラクティブな時空間トランスクリプトミクスアトラスによるアホロートル再生終脳の解釈によって、アホロートルの脳再生に関する重要な知見が明らかになった。[30] [31]

現在のアトラスツール

  • タライラック・アトラス、1988年
  • ハーバード全脳アトラス、1995年[32]
  • MNI テンプレート、1998 (SPM および国際脳マッピングコンソーシアムの標準テンプレート)
  • 発達中の人間の脳の地図帳、2012年[33]
  • 乳児脳アトラス、2023年[34]

参照

参考文献

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さらに読む

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