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Revision as of 16:33, 20 July 2019

yeWire se basa en las imágenes que se adquirieron en el Instituto Max Planck para la Investigación Médica en Heidelberg, Alemania. Este conjunto de datos, conocido como E2198, fue la base de la especificidad de cableado en el circuito de selectividad de dirección de la retina. Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many La fuente retina se obtuvo de un adulto natural adaptado a la oscuridad (C57BL/6) ratón.

Los investigadores midieron tanto la actividad neural como la conectividad en la misma retina mediante la aplicación de dos métodos de imagen uno tras otro: microscopía de dos fotones (2P) y microscopía electrónica de barrido de cara en serie (SBFSEM).

Hoy en día es común estimar la tasa de espina neural mediante la imagen de la concentración de calcio intracelular. Esta estimación tiene sentido porque a cada pico le sigue una entrada de calcio a través de canales de calcio sensibles al voltaje. La concentración de calcio se puede visualizar mediante 2P después de cargar las células con un tinte (por ejemplo, Oregon Green BAPTA) que cambia su fluorescencia en función de la concentración de calcio.

De esta manera, Briggman et al. imaginó las respuestas de las células ganglionares con 2P mientras aplicaba estímulos visuales a una retina de ratón adulto. Las manchas blancas en la imagen de la derecha son las ganglio cuerpos celulares, y las ramas oscuras son vasos sanguíneos. Los círculos de colores marcan las ubicaciones de Célula de Ganglio Selectivo de Dirección de Encendido Apagado. Estas células ganglionares selectivas en dirección (DSGC) se dividen en cuatro tipos, cada una de las cuales es selectiva para una de las cuatro direcciones cardinales, y están marcadas por cuatro colores (magenta, verde, rojo y amarillo).

Imagen de la retina a partir de microscopía electrónica de barrido serial de cara (SBFSEM). Barra de escala = 100 micrones.

Inmediatamente después de la obtención de imágenes 2P, la retina se fijó, se tiñó y se incrustó en una resina de plástico duro. Se usó una tinción no convencional para marcar los límites entre las neuronas mientras se dejaban sin manchar los orgánulos intracelulares. Se utilizó SBFSEM para obtener imágenes de un volumen de tamaño 350×300×60 µm3 (izquierda) con resolución de voxel 16.5×16.5×23 nm3. Dado que los mismos vasos sanguíneos eran visibles en las imágenes 2P y SBFSEM, los investigadores pudieron encontrar los mismos DSGC en ambas imágenes. Estos están marcados con círculos de colores en la imagen SBFSEM como en la imagen 2P de arriba.

Ganglio reconstruido y células amacrinas.

En el Panel a de la figura de la derecha, la imagen en escala de grises muestra una sección transversal del volumen SBFSEM que es perpendicular a la retina. Puedes pensar en esto como un corte a través de un sándwich. El relleno es la capa plexiforme interna (IPL), la parte superior del pan, la capa nuclear interna (INL) y la parte inferior del pan, la capa de células ganglionares (GCL). La IPL contiene conexiones sinápticas entre los axones de células bipolar, y la dendritas de amacrina y celulas ganglionares.

Los objetos de color en el panel a son seis DSGC reconstruidos por los investigadores. Los círculos son representaciones de los cuerpos celulares, y las líneas son "esqueletos" de las dendritas. Se dice que cada DSGC está "bistratificado", lo que significa que sus dendritas se ramifican en dos subcapas ("estratos") de la IPL. El número total de estratos en la IPL se estima en alrededor de diez. Una vista de la parte inferior del sándwich (panel b) muestra la ramificación de las dendritas DSGC.

Los investigadores también reconstruyeron 24 células amacrina estelar (SACs), que se muestran en el Panel c. Estas celdas se dividen en dos clases: celdas ENCENDIDAS (n=11) que se estratifican en una subcapa de la IPL, y celdas APAGADAS (n=13) que se estratifican en otra subcapa. La comparación con el panel a muestra que SAC dendritas co-estratifican con dendritas DSGC, lo que sugiere que estos dos tipos de células podrían conectarse mediante sinapsis.

Como se muestra en las imágenes a continuación, las dendritas SAC y las dendritas DSGC se contactan entre sí. Sin embargo, no todos los puntos de contacto son sinapsis. Los investigadores conjeturaron que los contactos "varicosos", en los que una dendrita parece agarrar o abrazar a otro, eran sinapsis reales, mientras que los contactos "incidentales" no eran sinapsis.

Los contactos varicosos (a,b) son sinapsis, como lo demuestra la presencia de vesículas (b) en un conjunto de datos teñidos convencionalmente. Los contactos incidentales (c,d) no son sinapsis, como lo demuestra la ausencia de vesículas (d) en un conjunto de datos teñidos convencionalmente. Debido a su alta resolución, la EM revela cuando se interpone una lámina glial delgada entre dos neuronas (e), una situación que parece ser un punto de contacto entre las dos neuronas en una imagen microscópica de luz.

De este análisis, los investigadores derivaron una regla que gobierna la conectividad DSGC-SAC. Todas las dendritas y [DSGC de [Células Amacrina Estelar|SAC]] responden selectivamente al movimiento ("preferido") en alguna dirección. Los investigadores encontraron que los DSGC tienden a recibir más sinapsis de dendritas SAC con la dirección opuesta preferida, lo que evidencia la especificidad de las conexiones. En principio, un DSGC podría recibir indiscriminadamente sinapsis de todas las dendritas vecinas SAC, que generalmente abarcan una diversidad de direcciones preferidas, pero este no es el caso. La regla de conectividad sugiere que un DSGC "hereda" su selectividad de dirección de sus entradas, ya que SAC hace sinapsis inhibitorias (inversión de signo) en DSGCs.

Este estudio se basó en reconstrucciones de solo 30 neuronas en E2198. Claramente, hay mucho más que aprender de este conjunto de datos, que contiene miles de neuronas.

Datos de entrenamiento

Puede acceder a los datos de entrenamiento de la red neuronal convolucional original aquí:

https://drive.google.com/folderview?id=0B1ZqbPNMA3DafjJfMFJ5dlFhQWJrQ1hsZWlRVC1yTnpET29NV0Y0MC1HMkVtc0tDTmxDSEE&usp=sharing

Referencias