Paldies pelēm, kas vēro klipus no MatricaZinātnieki ir izveidojuši līdz šim lielāko smadzeņu funkcionālo karti – vadu diagrammu, kas savieno 84 000 neironu, kad tie izšauj ziņojumus.
Izmantojot šīs peles smadzeņu gabalu par magoņu sēklu lielumu, pētnieki identificēja šos neironus un izsekoja, kā viņi sazinājās ar filiālēm līdzīgām šķiedrām, izmantojot pārsteidzošus 500 miljonus krustojumu, ko sauc par sinapsēm.
Masīvā datu kopa, kuru trešdien publicēja žurnāls Rakstursiezīmē soli pretī mūsu smadzeņu noslēpuma atšķetināšanai. Dati, kas salikti 3D rekonstrukcijā, krāsoti, lai apzīmētu dažādas smadzeņu shēmas, ir pieejami zinātniekiem visā pasaulē papildu pētījumiem – un vienkārši ziņkārīgajiem var palūkoties.
“Tas noteikti iedvesmo bailes sajūtu, tāpat kā skatoties galaktiku attēlus,” sacīja Forrest Collman no Allena smadzeņu zinātnes institūta Sietlā, kas ir viens no projekta vadošajiem pētniekiem.
“Jums rodas izpratne par to, cik jūs esat sarežģīts. Mēs skatāmies uz vienu niecīgu daļu no peles smadzenēm un skaistumu un sarežģītību, ko jūs varat redzēt šajos faktiskajos neironos un simtiem miljonu savienojumu starp tiem.”
Tas, kā mēs domājam, jūtamies, redzam, runājam un pārvietojamies, smadzenēs ir neironu vai nervu šūnu dēļ: kā tie tiek aktivizēti un sūta ziņojumus viens otram. Zinātnieki jau sen ir zinājuši, ka šie signāli pārvietojas no viena neirona gar šķiedrām, ko sauc par aksoniem un dendrītiem, izmantojot sinapses, lai pārietu uz nākamo neironu. Guess ir mazāk zināms par neironu tīkliem, kas veic noteiktus uzdevumus, un par to, kā šī elektroinstalācijas traucējumi varētu būt loma Alcheimera, autisma vai citiem traucējumiem.
“Jūs varat veikt tūkstoš hipotēzes par to, kā smadzeņu šūnas varētu darīt savu darbu, wager jūs nevarat pārbaudīt šīs hipotēzes, ja vien jūs zināt, iespējams, visnozīmīgākā lieta – kā tās ir šīs šūnas, kas ir savienotas kopā,” sacīja Allena institūta zinātnieks Māls Reids, kurš palīdzēja pionieru elektronu mikroskopijai, lai izpētītu neironu savienojumus.
Vadu nesadalīšana
Ar jauno projektu globālā komanda, kurā bija vairāk nekā 150 pētnieki, kartēja neironu savienojumus, kurus Collman salīdzina ar sapinušiem spageti gabaliem, kas tinks caur daļu no peles smadzenēm, kas atbild par redzi.
Pirmais solis: parādiet peles video fragmentus ar sci-fi filmām, sportu, animāciju un dabu.
Baylor Medicīnas koledžas komanda to izdarīja tieši tā, izmantojot peli, kas izstrādāta ar gēnu, kas liek tā neironiem mirdzēt, kad tie ir aktīvi. Pētnieki izmantoja ar lāzeru darbināmu mikroskopu, lai reģistrētu, kā atsevišķas šūnas dzīvnieka vizuālajā garozā izgaismojās, apstrādājot attēlus, kas mirgo.
Skatīties | Allena institūta video atklāj lielāko elektroinstalācijas diagrammu un smadzeņu funkcionālo karti:https://www.youtube.com/watch?v=GOBSWQOMALO
Tālāk Allena institūta zinātnieki analizēja šo mazo smadzeņu audu gabalu, izmantojot īpašu instrumentu, lai to noskūtu vairāk nekā 25 000 slāņos, katrs daudz plānāks nekā cilvēka mati. Izmantojot elektronu mikroskopus, tie uzņēma gandrīz 100 miljonus šo sekciju augstas izšķirtspējas attēlu, apgaismojot šīs spageti līdzīgās šķiedras un rūpīgi saliekot datus 3D formātā.
Visbeidzot, Prinstonas universitātes zinātnieki izmantoja mākslīgo intelektu, lai izsekotu visu šo elektroinstalāciju, un “krāsot katru no atsevišķiem vadiem atšķirīgu krāsu, lai mēs tos varētu identificēt individuāli”, skaidroja Kolmans.
Viņi lēš, ka mikroskopiskā vadu vadīšana, ja tā ir izkārtota, izmērītu vairāk nekā piecus kilometrus. Svarīgi ir tas, ka visas anatomijas saskaņošana ar aktivitāti peles smadzenēs, kad tā skatījās filmas, ļāva pētniekiem izsekot, kā darbojās shēma.
Skatīties | Mikronu konsorcija video pēta smadzeņu savienojumus: https://www.youtube.com/watch?v=txxqlk1xnmm
Prinstonas pētnieki arī izveidoja to datu digitālās 3D kopijas, kuras citi zinātnieki var izmantot jaunu pētījumu izstrādē.
Vai šāda veida kartēšana palīdz zinātniekiem galu galā atrast smadzeņu slimību ārstēšanu? Pētnieki to sauc par pamata soli, piemēram, kā cilvēka genoma projekts, kas nodrošināja pirmo gēnu kartēšanu, galu galā izraisīja ārstēšanu ar gēniem. Nākamais mērķis ir pilnas peles smadzeņu kartēšana.
“Šīs projekta izstrādātās tehnoloģijas dos mums savu pirmo iespēju patiešām noteikt kaut kādu patoloģisku savienojamības modeli, kas rada traucējumus,” paziņojumā sacīja vēl viens no projekta vadošajiem pētniekiem, Prinstonas neirozinātnieks un datorzinātnieks Sebastians Seungs.
Darbs “iezīmē lielu lēcienu uz priekšu un piedāvā nenovērtējamu kopienas resursu turpmākiem atklājumiem”, rakstīja Hārvardas neirozinātnieki Mariela Petkova un Gregor Schuhknecht, kuri nebija iesaistīti projektā.
Milzīgie un publiski koplietotie dati “palīdzēs atšķetināt sarežģītos neironu tīklus, kas ir izziņas un uzvedības pamatā,” viņi piebilda.
Konsorciju no garozas tīkliem vai mikroniem konsorciju finansēja ASV Nacionālie Veselības institūti smadzeņu iniciatīva un IARPA – Intelligence Superior Pētniecības projektu darbība.
