隨著哺乳動物年齡的增長，它們的嗅覺會下降。近日發(fā)表在Cell Reports上的一項研究中，德國慕尼黑亥姆霍茲研究中心和美因茨大學醫(yī)學中心的跨學科研究團隊研究了為什么會出現這種情況。在他們的研究中，研究人員們利用所謂的“五彩紙屑記錄器”（confetti reporter）追蹤了小鼠大腦中干細胞的發(fā)育過程。然后他們對利用智能算法獲取的復雜數據進行了分析。
在哺乳動物體內，新神經元的產生（神經形成）主要發(fā)生在兒童早期，成年之后只有前腦中的少數區(qū)域會產生新神經元。嗅覺神經元就是這樣一個例外，干細胞通過幾個中間階段發(fā)育成嗅覺神經元。
研究通訊作者Carsten Marr博士解釋說：“這些神經元的產生在年齡大了之后就停止了。在最近的研究中，我們想要理解這一過程的分子基礎以及干細胞在這一過程中的作用。”他是亥姆霍茲研究中心計算生物學研究所(ICB)的研究團隊負責人。
為了闡明這一問題，亥姆霍茲研究中心組建了一個跨學科的專家團隊，包括數學家Lisa Bast和Carsten Marr，以及干細胞研究員Filippo Calzolari博士（目前在美因茨大學生理化學研究所工作）和JovicaNinkovic教授。Filippo Calzolari說：“我們利用了‘五彩紙屑記錄器’進行了譜系追蹤。在小鼠大腦中，我們誘導個體干細胞及其所有后代（所謂的克?。┮蕴囟ǖ念伾@現。”通過這種方法，科學家們可以通過不同的顏色區(qū)分克隆細胞隨著時間的變化，這種技術就由此而得名。Calzolari補充說：“接下來，我們對比了年輕小鼠和老年小鼠的克隆細胞，以確定個體干細胞及中間產物對成熟嗅覺細胞的神經形成起到什么作用。”
然而，對人類來說，對這些圖片進行系統(tǒng)分析幾乎是不可能的，因為現有的數據極端多樣化，使得年輕和年老的大腦難以進行比較。在這種情況下，Carsten Marr及其團隊的專業(yè)知識開始發(fā)揮作用。他們是單個細胞動力學量化專家，即研究大量人口的哪些細胞以及多少細胞決定了哪些細胞的命運。研究人員們利用人工智能技術，開發(fā)出數學模型并推導出算法來幫助分析圖像數據。
Lisa Bast解釋說：“我們將五彩紙屑記錄器測量結果與幾種神經發(fā)生的數學模型進行了比較。我們發(fā)現，在老年小鼠體內，細胞的自我更新能力下降了，特別是在某些稱為轉運擴增祖細胞的中間階段。”此外，該分析表明，不對稱細胞分裂和干細胞靜止的情況在老年小鼠體內增加。JovicaNinkovic說：“這表明在老年階段，分化成嗅覺細胞的干細胞更少了，這些干細胞常常停留在干細胞庫中且變得不那么活躍。”
這是科學家們首次能夠利用數學模型對活體哺乳動物大腦中的神經干細胞行為進行量化描述的研究。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(18)31879-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2211124718318795%3Fshowall%3Dtrue
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