Research press release

神経科学:マウスの脳地図が構造と機能の関係性を明らかにする

Nature

マウスの脳細胞の構造とつながりを詳細に示した地図が、マウスの脳の活動との関連性を解明する手がかりとなることを報告するMICrONS(Machine Intelligence from Cortical Networks)コンソーシアムによる一連の論文が、今週Nature Nature Methods に掲載される。わずか1立方ミリメートルのマウスの脳(ヒマワリの種ほどの大きさ)から、約84,000個のニューロン、5億個のシナプス、および約5.4キロメートルの神経回路が、新たに開発された人工知能ツールによって追跡された。脳のごく一部ではあるが、この高解像度の接続マップは、脳がどのように組織化され、異なる種類の細胞がどのように連携しているかを説明するのに役立つ。

脳は、刺激によって活性化されシナプスによって結合するニューロンを含む細胞のネットワークで構成されている。認知機能の基本は、ニューロンの活性化と細胞の結合の相互作用である。哺乳類の脳回路についてさらに詳しく知るため、MICrONSコンソーシアムは、1匹のマウスの視覚野から神経細胞の形状と配線に関する膨大な高解像度マップを作成し、それらが機能と遺伝的同一性とどのように関連しているかを調査した。

研究チームはまず、トレッドミルで走りながら視覚画像を見ているマウスの約75,000個のニューロンの活動を記録した。このマウスは、ニューロンが活動すると蛍光タンパク質を放出するようにニューロンが改変されていた。これらのデータを、マウスの視覚野のわずか1立方ミリメートルの再構築された接続マップと照合した。サンプルの電子顕微鏡検査により、20万以上の細胞、約84,000のニューロン、5億2,400万のシナプス接続が確認された。論文では、異なる細胞の識別、接続の分析、配線図とニューロン活動の関連付けを行うためのツールについて説明している。これらの研究を総合すると、脳の特定部分の説明と、それらがどのように連携して機能するかの洞察が得られる。

マウスの視覚野は、人間を含む他の哺乳類との類似点があるため、研究対象として興味深い。しかし、これは脳のほんの一部にすぎない。完全な回路を研究するには、より広範なマップが必要であり、そのためにはコネクトミクス分野におけるツールやアプローチの進歩が必要であると、著者らは指摘している。「こうした限界があるにもかかわらず、この研究は大きな飛躍であり、神経科学における今後の発見において、コミュニティーにとってかけがえのないリソースとなるでしょう」と、Mariela PetkovaとGregor Schuhknechtは同時掲載されるNews & Viewsで述べている。著者らは、MICrONSプロジェクトを「哺乳類の脳構造と活動中の動物の神経活動を関連付ける、これまでで最も包括的なデータセット」と表現している。

The MICrONS Consortium. Functional connectomics spanning multiple areas of mouse visual cortex. Nature 640, 435–447 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08790-w

Schneider-Mizell, C.M., Bodor, A.L., Brittain, D. et al. Inhibitory specificity from a connectomic census of mouse visual cortex. Nature 640, 448–458 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07780-8

Ding, Z., Fahey, P.G., Papadopoulos, S. et al. Functional connectomics reveals general wiring rule in mouse visual cortex. Nature 640, 459–469 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08840-3

Wang, E.Y., Fahey, P.G., Ding, Z. et al. Foundation model of neural activity predicts response to new stimulus types. Nature 640, 470–477 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08829-y

Elabbady, L., Seshamani, S., Mu, S. et al. Perisomatic ultrastructure efficiently classifies cells in mouse cortex. Nature 640, 478–486 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07765-7


 

 

 

A detailed map of mouse brain cell structure and connections, offering insights into how they relate to activity in the mouse brain, is revealed in a package of papers from the MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) consortium, published in Nature and Nature Methods this week. From just one cubic millimetre of mouse brain — about the size of a chia seed — around 84,000 neurons, half a billion synapses, and approximately 5.4 kilometres of neuronal wiring are traced with newly developed artificial intelligence tools. Although only a small fraction of the brain is represented, the high-resolution connectivity maps help to describe how the brain is organized and how the different types of cell work together.

Brains are made up of a network of cells, including neurons, which are activated by stimuli and connected by synapses. The basis of cognitive function involves the interplay between neuronal activation and the connectivity of cells. To learn more about mammalian brain circuitry, the MICrONS consortium generated a massive high-resolution map of neural shape and wiring from the visual cortex of a single mouse and explored how these related to function and genetic identity.

The researchers first recorded the activity of around 75,000 neurons in a mouse running on a treadmill and watching visual images. The mouse was modified in a way that makes its neurons emit a fluorescent protein when the neurons are active. These data were then matched to a reconstructed connectivity map of just one cubic millimetre of mouse visual cortex. Electron microscopy of the sample identified more than 200,000 cells, around 84,000 neurons and 524 million synaptic connections. Papers in the package describe the tools for identifying different cells, analysing the connections, and linking the wiring diagrams to neuronal activity. Together, the work provides a description of specific parts of the brain and offers insights into how they work together.

The mouse visual cortex is interesting to study, as it shares similarities with other mammals, including humans, but this is only one region of the brain — and a small portion at that. Wider maps are needed to study complete circuits, which will require advances in tools and approaches in the field of connectomics, the authors note. “Despite these limitations, this work marks a major leap forwards and offers an invaluable community resource for future discoveries in neuroscience,” write Mariela Petkova and Gregor Schuhknecht in an accompanying News & Views. They describe the MICrONS project as “the most comprehensive dataset ever assembled that links mammalian brain structure to neural activity in an active animal”.
 

doi: 10.1038/s41586-024-07780-8

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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