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Jun 07, 2024
複数の機能を組み合わせたオープンリソース
Nature Communications volume 14、記事番号: 4320 (2023) この記事を引用 4106 アクセス数 81 Altmetric メトリクスの詳細 脳の構造と機能を理解するには、多くの場合、データを組み合わせる必要があります。
Nature Communications volume 14、記事番号: 4320 (2023) この記事を引用
4106 アクセス
81 オルトメトリック
メトリクスの詳細
脳の構造と機能を理解するには、多くの場合、異なるモダリティとスケールにわたるデータを組み合わせて、ミクロスケールの細胞構造を脳組織全体のマクロスケールの特徴に結び付ける必要があります。 ここでは、単一のマカク脳全体のマルチモーダル特性評価のための生体内 MRI、大規模な死後 MRI、およびマルチコントラスト顕微鏡を組み合わせたリソースである BigMac データセットを紹介します。 データは、モダリティ (MRI と顕微鏡)、組織状態 (生体内と死後)、およびマイクロメートルまたはサブマイクロメートルの解像度の顕微鏡画像からミリメートルオーダーの MRI 信号まで、4 桁の空間的規模に及びます。 重要なのは、定量的なマルチモーダル分析を容易にするために、MRI と顕微鏡画像が慎重に相互位置合わせされることです。 ここでは、データの取得、キュレーション、および最初のリリースについて詳しく説明します。これらにより、BigMac は世界中の研究者が利用できるユニークでオープンに配布されたリソースになります。 さらに、超高角度分解能拡散 MRI による接続性推定の改善、偏光イメージングとミエリン染色組織学によってもたらされる神経解剖学的洞察、および MRI と顕微鏡データの共同分析など、データによってもたらされる分析例と機会を示します。顕微鏡にヒントを得たコネクトームの再構成。 すべてのデータとコードはオープンに利用可能です。
脳の接続性を特徴付ける私たちの能力は、科学界がビッグデータにオープンにアクセスできるようになったことで大きく進歩しました。 ビッグデータは、大規模なコホートを使用して被験者間および被験者内の変動の両方を調査したり（英国バイオバンク 1 やヒューマン コネクトーム プロジェクト 2 など）、単一の脳を詳細に特徴づけることを目的としたりできます 3。 ここでは、「BigMac データセット」（マカクザルの脳のビッグデータ）を紹介します。これは、生体内 MRI と広範な死後 MRI、および 1 頭のマカクザルの脳全体のマルチコントラスト顕微鏡データを組み合わせたリソースです。 BigMac は、複数のセッションで収集された生体内データ、270 時間以上の死後 MRI スキャン、1000 時間以上の顕微鏡データ収集、および数テラバイトの生データで構成されています。
BigMac データセットは、MRI と顕微鏡の両方からのマルチモーダル データを組み合わせて、MRI の感度と特異性の問題に明示的に対処します。 MRI は、脳全体の構造と機能に関する情報を得ることができる強力な非侵襲的方法であり、それが認知、行動、または医学的転帰に関連する可能性があります。 ただし、MRI にはいくつかの制限もあります。 通常、生体内信号にはノイズが多く、生理学的影響や、ハードウェアの制限や短いスキャン時間の要件に関連する技術的なボトルネックにより、アーチファクトによって混乱が生じます。 さらに、MRI 信号は関心のある脳の特徴を間接的に測定することが多いため、解釈が困難になります。 拡散 MRI は、水分子が組織内をランダムに移動する際の微視的な動きをマッピングして、構造的な接続性や細胞形態の変化を推測します。 これらの解析には、組織の微細構造が拡散信号にどのように関連するかについて多くの強力な仮定を備えた複雑な計算信号モデリングが必要ですが、不正確な場合、モデルの出力にバイアスがかかる可能性があります。 重要なのは、測定値は組織のミリメートル単位で平均化されるため、マイクロメートルスケールでの脳の構造や機能の推論は、不適切ではないにしても困難です。 その結果、MRI のみを使用したコネクトームの特性評価は重大な限界に直面しています。
あるいは、コネクトームデータは、マイクロメートルまたはサブマイクロメートルの解像度で脳構造を研究するために頻繁に使用される光学顕微鏡によって取得することもできます。 通常、薄い組織切片は特定の細胞構造を視覚化するために処理され、この高い「特異性」アプローチは基本的な神経解剖学から疾患メカニズムまで応用できます。 しかし、顕微鏡検査は、多くの場合、小さな体外組織切片の検査に限定されているため、生体内での応用は限られています。 それにもかかわらず、顕微鏡検査を MRI と組み合わせると、顕微鏡的な細胞プロセスと巨視的な MRI 信号を相互接続する、マルチスケールの神経科学の機会が得られます。