为了更好地理解像大脑这样复杂的器官是如何运作的，科学家们努力准确地理解其详细的细胞结构和细胞间的通信。的发现都发表在杂志上了细胞系统。
在贝勒医学院，Md Abul Hassan Samee博士他的同事们已经朝着这个方向迈出了一大步。他们开发了先进的计算方法，使人们对大脑结构和功能的复杂性有了新的认识，这可能会增强对这一复杂器官的理解，无论是在健康方面还是在疾病方面。
“目前，我们有技术可以识别和定位组织中的单个细胞。我们还能够确定该组织中每个单细胞产生的产物是什么，”通讯作者Samee说分子生理学和生物物理学他还是贝勒大学器官修复与更新中心的成员。
哺乳动物的大脑非常复杂，由数百万到数千亿个细胞组成，当对它们进行分析时，它们会产生大量的数据。我们面临的挑战是找到方法来整合这些数据集中的信息，从而生成一个可靠地反映器官工作方式的模型。”
在目前的研究中，Samee与Francisco José Grisanti Canozo合作，他是这项工作的第一作者詹姆斯·马丁博士贝勒大学和德克萨斯心脏研究所,甄左他还与贝勒大学合作开发了一种神经网络模型，以阐明复杂组织的结构和功能方面。他们称该模型为空间转录组学细胞类型使用神经网络分配(STANN)。
Samee说:“我们还使用了其他先进、复杂的计算方法，使模型更加严格。”“我们将STANN和其他方法应用于老鼠嗅球的现有大脑数据集，并开始在大脑的细胞结构和功能中看到非常有趣的模式。”
大脑由不同的形态层组成，STANN使研究人员能够预测其细胞组织的详细图像。“一层一层地，我们的模型提供了不同细胞类型的精确位置，它们是否相互交流，以及通过何种方式交流，”Samee说。“这对我们来说是‘顿悟’的时刻。”
Samee和他的同事们确定，细胞类型的组成在形态层内是相当一致的。例如，某一特定层可能有一定比例的星形胶质细胞、神经元和小胶质细胞，在同一层中保持不变。“如果我们从同一形态层的不同区域取几个小切片，这些百分比看起来非常相似。然而，不同层次的比例可能会有所不同，”萨米解释道。
研究小组在观察细胞共定位时发现了一种不同的模式。“例如，在形态层的一个区域，我们可能会看到星形胶质细胞与嗅觉神经元共存。但在同一形态层的另一个区域，这些细胞可以完全分离，”Samee解释道。“我们还发现，两种细胞类型之间的细胞间通信在形态层的不同区域发生变化，这反映了基因调节网络随着位置的变化而变化。”
研究人员假设，大脑中的形态层具有不同的空间定位的细胞类型群落。群落在细胞类型组成上相似，但在群落内细胞类型如何共定位和交流方面存在很大差异。这表明，脑细胞类型具有空间定位的亚型，执行特定位置的功能。
Samee说:“在单细胞和功能水平上对大脑组织的这种新的详细观点以前从未被描述过。”
“我们在这项工作中开发的神经网络模型方法为其他研究人员提供了一个‘指导手册’，用于研究大脑或其他器官的其他区域，比如心脏，这是我实验室的主要兴趣，”合著者马丁说，他是分子生理学和生物物理学副主席兼教授，贝勒医学院再生医学教授、器官修复与更新中心主任维维安·l·史密斯。马丁也是心肌细胞更新实验室德克萨斯心脏研究所
