1 密歇根大学生物医学工程系,美国密歇根州安娜堡 48109 2 凯斯西储大学生物医学工程系,美国俄亥俄州克利夫兰 44106 3 大都会健康医疗中心骨科系,美国俄亥俄州克利夫兰 44106 4 退伍军人事务医疗中心路易斯斯托克斯克利夫兰分部,美国俄亥俄州克利夫兰 44106 5 密歇根大学医学院麻醉系,美国密歇根州安娜堡 48109 6 密歇根大学外科系整形外科科,美国密歇根州安娜堡 48109 7 密歇根大学医学院神经外科系,美国密歇根州安娜堡 48109 8 密歇根大学电气工程与计算机科学系,美国密歇根州安娜堡48109,美国 9 密歇根大学机器人研究所,密歇根州安娜堡 48109,美国 10 密歇根大学神经科学研究生课程,密歇根州安娜堡 48109,美国 11 密歇根大学医学院神经病学系,密歇根州安娜堡 48109,美国 12 上述作者对本研究贡献相同。∗ 任何通讯作者均应致函此联系人。
表示用于子场拼接制造工艺的四个段或子块。 (E) 柄尖电极布局(顶部)和 CMOS 电路布局(底部)的细节。 (F) 柄中一个金属层穿过拼接区域时的自上而下的扫描电子显微镜 (SEM) 图像(比例尺:1 µm);左上:拼接重叠区域外的横截面;右上:最窄处的横截面;由于双重光刻胶曝光,金属线更窄。 (G) 柄尖机械研磨至 25° 的 SEM 照片;插图:探针 10
小胶质细胞是脑特异性巨噬细胞,可对脑中的破坏性事件做出快速反应。小胶质细胞活化会导致特定的变化,包括增殖、形态变化、迁移到损伤部位以及基因表达谱的变化。炎症状态的变化与许多神经退行性疾病有关,例如帕金森病和阿尔茨海默病。因此,研究和量化小胶质细胞对于更好地了解它们在疾病进展中的作用以及评估此类疾病的新治疗方法的细胞相容性至关重要。在以下研究中,我们实施了一种基于机器学习的方法来快速自动量化小胶质细胞;将该工具与手动量化(基本事实)以及替代免费软件(例如基于阈值的 ImageJ 和基于机器学习的 Ilastik)进行了比较。我们首先在从大鼠和非人类灵长类动物获得的免疫组织化学标记小胶质细胞的脑组织上训练算法。随后,我们在帕金森病的临床前啮齿动物模型中验证了训练算法的准确性,并证明了算法在从小鼠获得的组织以及三个合作实验室提供的图像上的稳健性。我们的结果表明,机器学习算法可以精确地检测和量化所有三种哺乳动物物种中的小胶质细胞,与手动计数后观察到的细胞相当。使用此工具,我们能够检测和量化半球之间的微小变化,这表明该算法的强大和可靠性。这样的工具对于研究疾病中的小胶质细胞反应非常有用
1 美国华盛顿州西雅图华盛顿大学微生物学系,2 美国华盛顿州西雅图华盛顿大学华盛顿国家灵长类动物研究中心,3 美国蒙大拿州汉密尔顿市美国国立卫生研究院落基山实验室国家过敏和传染病研究所内部研究部病毒学实验室,4 美国蒙大拿州汉密尔顿市美国国立卫生研究院落基山实验室国家过敏和传染病研究所内部研究部落基山兽医分部,5 美国华盛顿州西雅图弗雷德哈钦森癌症研究中心疫苗和传染病部,6 美国华盛顿州西雅图 HDT Bio,7 美国华盛顿大学生物化学系
怀孕期间感染病毒或细菌感染的女性患有神经发育或精神疾病的儿童的风险增加。母体免疫反应可能介导了母体感染的作用,因为临床前动物模型已经证实,母体免疫激活(MIA)会导致后代大脑和行为发展的持久变化。本研究试图确定头三个月期间的MIA暴露于背外侧前额叶皮层(DLPFC)(DLPFC)中的神经元形态和从MIA暴露和对照的男性rheSus Monkey(Macaca Mulatta)获得的脑组织中的脑组织。相对于对照组,在DLPFC上和上层中,Div> MIA暴露的后代显示了在DLPFC上和上层中锥体细胞中的神经元树突分支增加,在第一和第二学期暴露于孕产妇感染的后代之间没有显着差异。此外,与对照相对于对照的MIA阳离子后代,DLPFC额叶层中根尖树突的直径显着降低,而与三个月暴露不利。相比之下,暴露于MIA的后代的海马神经元形态的改变并不明显。这些发现表明母体免疫
摘要 准确提取磁共振成像 (MRI) 数据中的脑组织对于分析大脑结构和功能至关重要。虽然已经优化了几种常规工具来处理人脑数据,但目前还没有可推广的方法来提取啮齿动物、非人类灵长类动物和人类的多模态 MRI 数据的脑组织。因此,开发一种灵活且可推广的方法来提取跨物种的整个脑组织将使研究人员能够更有效地分析和比较实验结果。在这里,我们提出了一个领域自适应的半监督深度神经网络,称为脑提取网络 (BEN),用于提取跨物种、MRI 模态和 MR 扫描仪的脑组织。我们已经在 18 个独立数据集上评估了 BEN,包括 783 个啮齿动物 MRI 扫描、246 个非人类灵长类动物 MRI 扫描和 4601 个人类 MRI 扫描,涵盖五个物种、四种模态和六种具有不同磁场强度的 MR 扫描仪。与传统工具箱相比,BEN 的优越性体现在其稳健性、准确性和通用性上。我们提出的方法不仅为跨物种提取脑组织提供了通用解决方案,而且显著提高了图谱配准的准确性,从而有利于下游处理任务。作为一种新型的全自动深度学习方法,BEN 被设计为一种开源软件,可在临床前和临床应用中实现跨物种神经影像数据的高通量处理。
Andrew M. Clark 1 、Alexander Ingold 1 、Christopher F. Reiche 2 、Donald Cundy III 1 、4 Justin L. Balsor 1 、Frederick Federer 1 、Niall McAlinden 3 、Yunzhou Cheng 3 、John D. Rolston 4, 5 、Loren Rieth 5,6 、Martin D. Dawson 3 、Keith Mathieson 3 、Steve Blair 2†* 、6 和 Alessandra Angelucci 1†* 7
。cc-by-nc-nd 4.0国际许可证(未经同行评审证明)获得的是作者/资助者,他授予Biorxiv授予Biorxiv的许可,以永久显示预印本。它是此预印本版本的版权持有人,该版本发布于2023年2月16日。 https://doi.org/10.1101/2022.02.09.479779 doi:Biorxiv Preprint
1美国密歇根大学生物医学工程系,美国密歇根州安阿伯市,美国48109,美国2分子,蜂窝和发育生物学系,密歇根州密歇根州安阿伯市,密歇根州安阿伯市48019美国密西西比州安阿伯市,美国美国公里48109 5 5神经外科系,密歇根大学医学院,安阿伯,安·阿伯,密歇根州安阿伯市,美国48109,美国6日6神经病学系,密歇根大学医学院,密歇根大学,密歇根大学48109,美国,美国,美国纽约市,美国纽约市,美国48109.密歇根州医学院,美国密歇根州安阿伯市48019,美国9号电气工程与计算机科学系,密歇根大学,安阿伯,密歇根州安阿伯,密歇根州48109,美国美国10机器人计划,密歇根大学,安阿伯,安阿伯,密歇根州安阿伯市,密歇根州48109,美国48109,美国美国11号共同作者。∗作者应向谁解决任何信件。
非人灵长类动物神经活动动态的闭环光遗传学控制 B. Zaaimi 1,2,& 、M. Turnbull 1,& 、A. Hazra 1 、Y. Wang 3 、C. Gandara 1 、F. McLeod 1 、EE McDermott 1 、E. Escobedo-Cousin 4 、A. Shah Idil 5 、RG Bailey 4 、S. Tardio 4 、A. Patel 4 、N. Ponon 4 、J. Gausden 4 、D. Walsh 1 、F. Hutchings 3 、M. Kaiser 3,6,7,8 、MO Cunningham 9 、GJ Clowry 1 、FEN LeBeau 1 、TG Constandinou 10 、SN Baker 1 、N. Donaldson 5 、P. Degenaar 4、A. O'Neill 4、AJ Trevelyan 1 和 A. Jackson 1,* 1 纽卡斯尔大学生物科学研究所,纽卡斯尔 NE2 4HH,英国。2 当前地址:阿斯顿大学生命与健康科学学院,伯明翰 B4 7ET,英国。3 纽卡斯尔大学计算学院,纽卡斯尔 NE4 5TG,英国。4 纽卡斯尔大学工程学院,纽卡斯尔 NE1 7RU,英国。5 伦敦大学学院医学物理与生物医学工程系,伦敦 WC1E 6BT,英国。6 NIHR,诺丁汉生物医学研究中心,诺丁汉大学医学院,NG7 2UH,英国。7 彼得·曼斯菲尔德爵士影像中心,诺丁汉大学医学院,NG7 2UH,英国。8 上海交通大学医学院,上海,中国。 9 爱尔兰都柏林圣三一学院医学院,都柏林 2。10 英国帝国理工学院电气与电子工程系,伦敦 SW7 2AZ,英国。 *通讯作者,andrew.jackson@ncl.ac.uk & 这些作者贡献相同。电神经刺激可有效治疗神经系统疾病,但相关的记录伪影通常将其应用限制在开环刺激。然而,通过将并发电记录和光遗传学配对可以实现对大脑活动的实时和连续闭环控制。在这里,我们表明,使用兴奋性视蛋白的闭环光遗传刺激能够精确操纵转基因小鼠和麻醉非人类灵长类动物脑切片中的神经动力学。该方法在静止组织中产生振荡,增强或抑制活动组织中的内源性模式,并调节由惊厥剂 4-氨基吡啶引起的癫痫样爆发。光学刺激相位依赖效应的非线性模型再现了与癫痫发作振荡相关的局部场电位周期调制,癫痫发作相空间轨迹的变异性和熵的系统性变化证明了这一点,这与癫痫发作持续时间和强度的变化相关。我们还表明,可以使用结合发光二极管的皮质内光极来实现闭环光遗传神经刺激。闭环光遗传学方法可能具有转化治疗应用。许多神经系统疾病会导致网络动态改变,特征是脑区内和脑区之间振荡同步性异常低或高 1 。神经调节疗法,例如深部脑刺激 (DBS),通常会提供“开环”电刺激序列,试图破坏病理模式并将脑活动保持在一定功能状态范围内。然而,从控制理论的角度来看,开环方法通常不如包含基于系统实时状态的反馈的闭环控制 2 。因此,如果通过持续的电生理测量控制神经调节疗法,可能会更有效 3,4 ,例如增强有益的振荡或破坏病理性脑状态,如癫痫发作。不幸的是,闭环神经刺激的许多潜在应用受到与电刺激相关的大量伪影的阻碍,尤其是在监测和调节相同的局部神经元群时。这通常会将控制策略限制为简单的决定,即打开或关闭原本连续的刺激序列 5,6 。由于用于光遗传学的光刺激可以在不妨碍同时进行电记录的情况下传递,因此可以通过脑信号实时连续调制光刺激,从而实现与局部网络的真正闭环交互。尽管有相当大的理论动机 7 ,但迄今为止,闭环光遗传刺激的实验演示仅限于体外制剂 8 和啮齿动物正常脑节律的体内实验 9-12 。在这里,我们的目标是通过展示在非人类灵长类动物中闭环操纵网络动力学的可行性并检查其对病理性癫痫样活动的影响,将这项技术推进到人类的治疗应用。此外,我们比较了通过外部光源传递的光刺激和包含封装这通常会将控制策略限制为简单的打开或关闭决策,否则就会产生连续的刺激序列 5,6 。由于用于光遗传学的光刺激可以在不妨碍同时进行电记录的情况下传送,因此可以通过脑信号实时连续调制它,从而实现与局部网络的真正闭环交互。尽管有相当大的理论动机 7 ,但闭环光遗传刺激的实验演示迄今为止仅限于体外制剂 8 和啮齿动物正常脑节律的体内实验 9-12 。在这里,我们旨在通过展示在非人类灵长类动物中闭环操纵网络动力学的可行性并检查其对病理性癫痫样活动的影响,将这项技术推进到人类的治疗应用。此外,我们将通过外部光源传送的光刺激与包含封装这通常会将控制策略限制为简单的打开或关闭决策,否则就会产生连续的刺激序列 5,6 。由于用于光遗传学的光刺激可以在不妨碍同时进行电记录的情况下传送,因此可以通过脑信号实时连续调制它,从而实现与局部网络的真正闭环交互。尽管有相当大的理论动机 7 ,但闭环光遗传刺激的实验演示迄今为止仅限于体外制剂 8 和啮齿动物正常脑节律的体内实验 9-12 。在这里,我们旨在通过展示在非人类灵长类动物中闭环操纵网络动力学的可行性并检查其对病理性癫痫样活动的影响,将这项技术推进到人类的治疗应用。此外,我们将通过外部光源传送的光刺激与包含封装