原来这才是我们脑洞大开的原因！AI有望揭示胎儿大脑细胞的DNA变化

药明康德AI/报道

与我们身体其他部位的大多数细胞不同，我们每个脑细胞中的DNA都是不一样的：这些DNA因细胞而异，并且都是由体细胞变化引起的。这些DNA的变化可以解释许多谜团，比如阿兹海默病和自闭症的病因，或者我们的性格是如何养成的等等。

然而，在这一领域还有很多未知的谜团，包括这些变化是何时何地发生，它们是随机出现还是有规律性等。关于这种被称为“拷贝数变异”（copy number variations，CNV）的研究有很多，但是从前一直局限于那些超过100万个碱基对的较长DNA序列。

现在，来自美国的科学家们开发出了一种新型单细胞分析方法，使用机器学习技术，能够检测小于100万个碱基对的CNV。这项研究揭示了发育中的小鼠出生前大脑出现的数千个从前未知的DNA变化。同时研究人员还发现，这些变化在大脑发育的关键阶段达到顶峰，表明了这些变化的出现是一个可控的过程。

▲这项研究的图示（图片来源：《PNAS》）

过去，研究单个细胞DNA主要使用的是一种名为单细胞测序的方法，这种方法虽然功能强大，但是却无法复制，因为每个单细胞都会被测序过程破坏。为了克服这一点，研究人员利用免疫细胞来训练机器学习算法，这样就可以以一种固定且可重复的方式来重组DNA，以更准确地识别CNV。

随后，研究人员将这种方法应用于神经发生过程中的单细胞身上，也就是大脑皮层的细胞诞生时。这部分大脑控制着许多功能，包括运动、感觉信息和意识等。利用这种方法，研究人员发现了数千个以前未被识别的CNV，而其中超过一半CNV的长度小于100万个碱基对。最重要的是，当这些变化随机分布在整个基因组中时，它们在一个可预测的时间点达到峰值，即大脑的神经发生过程。

▲研究论文的资深作者、Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute（SBP）神经科学药物发现高级副总裁Jerold Chun博士（图片来源：Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute）

“这项研究填补了目前对于大脑中CNV研究的关键漏洞，同时为进一步研究提供了重要线索，”研究论文的资深作者、Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute（SBP）神经科学药物发现高级副总裁Jerold Chun博士表示：“我们的研究表明，随着胎儿的大脑逐渐形成并发育成熟，单个脑细胞中的大量CNV在会在个体出生前出现，这表明CNV是脑细胞多样性和发育的基础。我们还发现，这种变化会在发育过程中达到高峰，这表明了有一种控制机制在起作用。” 

参考资料：

[1] Thousands of DNA changes in the developing brain revealed by machine learning. Retrieved October 31, 2018, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-09/sbpm-tou092118.php

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