在哺乳动物中，新神经元(神经发生)的产生主要限于儿童早期，并且仅在前脑的少数区域中发生在成年期。其中一个例外是嗅觉神经元，它通过几个中间阶段从干细胞发育而来。“这些神经元的产生随着年龄的增长而减少。在我们最近的研究中，我们想要找出细胞基础以及干细胞在这个过程中起什么作用，”Carsten Marr博士解释说这种方法。他是HelmholtzZentrumMünchen计算生物学研究所(ICB)的研究组组长。
为了阐明这个问题，我们成立了一个来自亥姆霍兹中心慕尼黑的跨学科专家团队，其中包括数学家Lisa Bast和Carsten Marr以及干细胞研究员Filippo Calzolari博士(现为美因茨大学生理化学研究所)和约维卡·宁科维奇教授。“我们的方法利用所谓的五彩纸屑记者进行谱系追踪：在小鼠大脑中，我们诱导个体干细胞及其所有后代 - 称为克隆 - 以特定颜色点亮，”Filippo Calzolari说。通过这种方式，科学家们可以通过不同的颜色来区分克隆，这些颜色使得该技术得名。“在下一步中，
将点连接
然而，对这些图像的系统分析证明对人类来说几乎是不可能的，因为现有的数据非常不同，使得年轻和年老的大脑难以进行比较。在这里，Carsten Marr及其团队的专业知识开始发挥作用。他们是单细胞动力学量化的专家，即研究大群体中哪些细胞和多少细胞决定哪种细胞命运。为此，研究人员使用人工智能方法，开发数学模型并推导出算法来帮助分析图像数据。
“我们将五彩纸屑测量结果与几种神经发生的数学模型进行了比较，”Lisa Bast解释道。“我们发现自我更新的能力在老年时期下降，特别是在某些称为转运扩增祖细胞的中间阶段。”此外，分析表明老年小鼠干细胞的不对称细胞分裂和静止增加。“这意味着在老年时细胞分化成嗅细胞的数量减少，因为它们往往会留在干细胞库中而变得不那么活跃。因此，生产就会停止，”Jovica Ninkovic说。这项工作是科学家首次使用数学模型定量描述神经干细胞在活哺乳动物大脑中的行为。