神経科学：全脳のボリューメトリック再構築から得られたマルチスケールの脳地図

動物の神経系の編成は全ての身体機能に不可欠で、その破壊は重度の認知障害や行動障害につながる場合がある。こうした神経系の編成は、ナノスケールでのシナプスの局在化から、回路編成を支える複雑な形態を有するニューロン、そして脳の異なる領域間の典型的な接続まで、幅広いスケールの特徴に依存している。脳は極めて複雑なため、これら全てのスケールにわたって統合された完全な神経系の構造の再構築とモデル化という偉業は、いまだ達成されていない。今回我々は、線虫の一種Caenorhabditis elegansの主要なニューロピルである神経環の完全な構造–機能モデルを提示する。このモデルは、C. elegansの2個体のボリューメトリック再構築と、対応するシナプスコネクトームおよびギャップ結合コネクトームを統合することで得られた。C. elegansの神経環はこれまで、密に詰まった神経突起の束だと考えられていたが、我々はその内部編成を明らかにし、局所的な複数の区域がどのようにしてシナプスコネクトームを空間的に拘束し、支持しているかを示す。C. elegansのコネクトームは不変的なものではなく、精密に配線された中心回路が可変的な接続性の背景に埋め込まれていることが分かり、この中心回路の参照コネクトーム候補が特定された。我々は、この参照コネクトームを用いて、C. elegans脳が、感覚の計算と統合、感覚運動の収斂、脳全体の調整を支えるモジュール式のネットワーク構造をしていると提唱する。これらの知見は、脳編成のスケーラブルでロバストな特徴を示しており、こうした特徴は門を超えて普遍的である可能性がある。

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