大脑五彩纸屑:为什么我们的嗅觉会随着年龄的增长而衰退

大脑五彩纸屑:为什么我们的嗅觉会随着年龄的增长而衰退

在哺乳动物中，新生神经元(神经发生)的产生主要局限于幼儿期，仅发生在成年期前脑的少数区域。嗅觉神经元就是一个例外，它是通过几个中间阶段从干细胞发育而来的。这些神经元的产生会随着年龄的增长而减少。在我们最近的研究中，我们想找出细胞的基础和干细胞在这一过程中扮演的角色。他是亥姆霍兹慕尼黑中心计算生物学研究所(ICB)的研究组组长。

为了阐明这个问题，赫尔姆霍尔兹中央研究院(Helmholtz Zentrum Munchen)成立了一个跨学科专家团队，成员包括数学家丽莎·巴斯特(Lisa Bast)和卡斯滕·马尔(Carsten Marr)，以及干细胞研究人员菲利波·卡尔佐拉里(Filippo Calzolari)博士(现在美因茨大学生理化学研究所)和约维卡·尼科维奇(Jovica Ninkovic)教授。“我们的方法使用了一种被称为五彩纸粉记者的方法来进行谱系追踪:在老鼠的大脑中，我们诱导单个干细胞和它们的所有后代(称为克隆)以一种特定的颜色发光，”Filippo Calzolari说。通过这种方法，科学家们可以通过赋予克隆技术名称的不同颜色来区分克隆。Calzolari补充说:“下一步，我们比较了在年轻和年老老鼠身上发现的克隆，以找出单个干细胞和中间产物对成熟嗅觉细胞神经发生的贡献。”

连接这些点

然而，对于人类来说，对这些图像进行系统的分析几乎是不可能的，因为现有的数据极为庞杂，很难对年轻和年老的大脑进行比较。Carsten Marr和他的团队的专业技能在这里发挥了作用。他们是单细胞动力学量化方面的专家，即研究一个大种群中哪些细胞和多少细胞决定哪些细胞的命运。为此，研究人员使用人工智能的方法，开发数学模型和推导算法来帮助分析图像数据。

“我们将五彩纸屑的测量结果与神经发生的几个数学模型进行了比较，”Lisa Bast解释说。“我们发现，老年人自我更新的能力会下降，尤其是在某些被称为转运放大祖细胞的中间阶段。”此外，分析显示，不对称的细胞分裂和干细胞的静止状态在老年小鼠中增加。“这意味着在年老时，分化成嗅觉细胞的细胞更少，因为它们往往停留在干细胞池中，变得不那么活跃。”因此，生产就停止了。这是科学家首次能够用数学模型定量描述现存哺乳动物大脑中神经干细胞的行为。