Учени картографираха част от мозъка на мишка

Учени картографираха част от мозъка на мишка, която е толкова сложна, че прилича на галактика, съобщиха Асошиейтед прес и Ройтерс.

Това е най-голямата функционална карта на мозък на бозайник, създавана досега. Тя представлява диаграма на връзките между 84 000 неврона, изпращащи съобщения.

Изследваната част от мишия мозъка е с размер на маково семе. Учените са идентифицирали невроните в нея и са проследили как те комуникират чрез 500 милиона връзки, наречени синапси.

Огромният набор от данни, публикуван в списание "Нейчър", е стъпка към разгадаването на тайната на функционирането на мозъка. Данните, събрани в 3D реконструкция, оцветена така, че да очертае различни мозъчни схеми, са достъпни за учени от цял свят за допълнителни изследвания, както и за любопитните да надникнат.

"Това определено предизвиква чувство на страхопочитание, точно както при разглеждането на снимки на галактики", казва Форест Колман от Института за мозъчни науки "Алън" в Сиатъл, един от водещите изследователи на проекта. "Получавате представа за това колко сте сложни. Гледаме една малка част от мозъка на мишка и красотата и сложността, които можете да видите в тези неврони и стотиците милиони връзки между тях".

Начинът, по който мислим, чувстваме, виждаме, говорим и се движим, се дължи на невроните, или нервните клетки в мозъка - как те се активират и изпращат съобщения помежду си. Учените отдавна знаят, че тези сигнали се движат от един неврон до друг по влакна, наречени аксони и дендрити, като използват синапси, за да преминат към следващия неврон. Но по-малко се знае за мрежите от неврони, които изпълняват определени задачи, и за това как нарушенията в тези мрежи могат да играят роля при болестта на Алцхаймер, аутизма или други разстройства, предава БТА. 

"Можете да изкажете хиляди хипотези за това как мозъчните клетки биха могли да вършат работата си, но не можете да проверите тези хипотези, ако не знаете може би най-фундаменталното нещо - как тези клетки са свързани помежду си", казва Клей Рийд  от Института "Алън", който е помогнал за създаването на електронната микроскопия за изучаване на невронните връзки.

За новия проект глобален екип от над 150 изследователи картографира невронни връзки, които Колман сравнява със заплетени спагети, извиващи се в част от мозъка на мишка, отговаряща за зрението.

Първата стъпка е била да показват на мишката откъси от научнофантастични филми, спорт, анимация и природа. Екип от медицинския колеж "Бейлър" е направил точно това, като е работил с мишка с имплантиран ген, който да кара невроните й да светят, когато са активни. Изследователите са използвали лазарен микроскоп, за да запишат как отделните клетки в зрителната кора на животното светят, докато обработват показваните за кратко изображения.

След това учените от Института "Алън" са анализирали тази малка част от мозъчна тъкан, като са използвали специален инструмент, с който да направят повече от 25 000 слоя, всеки от които е много по-тънък от човешки косъм. С помощта на електронни микроскопи те са направили почти 100 милиона изображения с висока разделителна способност на тези участъци, осветявайки влакната и старателно свързвайки данните в 3D формат.

Накрая учените от Принстънския университет са използвали изкуствен интелект, за да проследят цялата мрежа и да "оцветят всяко отделно влакно в различен цвят, за да можем да го идентифицираме поотделно", обяснява Колман.

Те са изчислили, че ако бъдат разгънати микроскопичните фибри, те ще са с дължина над 5 километра. Съпоставянето на цялата тази анатомия с активността в мозъка на мишката, докато тя гледа видеа, позволява на изследователите да проследят как работи мрежата. 

Изследователите от Принстън създават и цифрови 3D копия на данните, които други учени могат да използват при разработването на нови изследвания. Една от следващите цели е картографирането на целия мозък на мишка. 

Работата "бележи голям скок напред и предлага безценен ресурс на общността за бъдещи открития", пишат невролозите от Харвард Мариела Петкова и Грегор Шукнехт, които не са участвали в проекта. 

Огромните и публично споделени данни "ще помогнат за разгадаването на сложните невронни мрежи, лежащи в основата на познанието и поведението", добавят те. 

Консорциумът "Машинно изследване от кортикални мрежи" (Machine Intelligence from Cortical Networks, или MICrONS) е финансиран от инициативата BRAIN на Националния институт по здравеопазване и IARPA, Програмата за развитие на авангардни проекти към разузнаването.