ВАШИНГТОН (AP) — Благодаря клипам для наблюдения за мышью из «Матрицы» ученые создали самую большую функциональную карту мозга на сегодняшний день — диаграмма проводки, соединяющую 84 000 нейронов, когда они отпускают сообщения.
Используя кусочек мозга этой мыши размером с макового семяна, исследователи идентифицировали эти нейроны и проследили, как они общались с помощью ветвей, подобных волокнам, через удивительные 500 миллионов соединений, называемых синапсами.
Массивный набор данных, опубликованный в среду журналом Nature, знаменует собой шаг к раскрытию тайны того, как работает наш мозг. Данные, собранные в 3D -реконструкции, окрашенную для разграничения различных схем мозга, открыты для ученых по всему миру для дополнительных исследований — и для просто любопытного взглянуть.
«Это определенно вдохновляет на чувство страха, похоже на то, как смотреть на фотографии галактик», — сказал Форрест Колман из Института науки о мозгах Аллена в Сиэтле, одного из ведущих исследователей проекта. «Вы понимаете, насколько вы сложны. Мы смотрим на одну крошечную часть… мозга мыши и красоту и сложность, которые вы можете увидеть в этих фактических нейронах и сотнях миллионов связей между ними».
Как мы думаем, чувствуем, видим, разговариваем и перемещаемся, связано с нейронами или нервными клетками в мозге — как они активируются и отправляют сообщения друг другу. Ученые давно знают, что эти сигналы перемещаются из одного нейрона вдоль волокон, называемых аксонами и дендритами, используя синапсы, чтобы перейти к следующему нейрону. Но в сетях нейронов меньше известно, которые выполняют определенные задачи и о том, как нарушения этой проводки могут сыграть роль в болезнях Альцгеймера, аутизмом или других расстройствах.
«Вы можете сделать тысячу гипотез о том, как клетки мозга могут выполнять свою работу, но вы не можете проверить эти гипотезы, если вы не знаете, пожалуй, самую фундаментальную вещь — как эти клетки объединяются», — сказал ученый Институт Аллена Клэй Рейд, который помогал пионерской электронной микроскопии изучать нейронусные связи.
СМОТРЕТЬ: Калифорнийская инициатива рассматривает, как наука и искусство сталкиваются
С новым проектом глобальная команда из более чем 150 исследователей нанесла на карту нейронные связи, которые Колман сравнивает с запутанными частями спагетти, лишенных части мозга мыши, ответственной за зрение.
Первый шаг: Показать мышиные видео фрагменты научно-фантастических фильмов, спорта, анимации и природы.
Команда в Медицинском колледже Бэйлора сделала именно это, используя мышь, спроектированную с геном, который заставляет ее нейроны светиться, когда они активны. Исследователи использовали лазерный микроскоп, чтобы записать, как загорелись отдельные клетки в зрительной коре животного, когда они обрабатывают мигающие изображения.
Затем ученые из Института Аллена проанализировали этот небольшой кусочек мозговой ткани, используя специальный инструмент, чтобы брить его на более чем 25 000 слоев, каждый из которых гораздо тоньше человеческих волос. С электронными микроскопами они сняли почти 100 миллионов изображений с высоким разрешением этих секций, освещая эти спагеттиподобные волокна и тщательно повторно собирая данные в 3D.
Наконец, ученые Принстонского университета использовали искусственный интеллект, чтобы проследить всю эту проводку и «нарисовать каждую из отдельных проводов разного цвета, чтобы мы могли идентифицировать их индивидуально», — объяснил Колман.
Они оценили, что микроскопическая проводка, если она будет выложена, будет измерять более 3 миль (5 километров). Важно отметить, что сопоставление всей этой анатомии с активностью в мозге мыши, когда он смотрел фильмы, позволило исследователям проследить, как работают схема.
Исследователи Принстона также создали цифровые 3D -копии данных, которые другие ученые могут использовать при разработке новых исследований.
Может ли этот вид картирования помочь ученым в конечном итоге найти лечение от заболеваний мозга? Исследователи называют это основополагающим шагом, например, как проект генома человека, который обеспечил первое картирование генов, в конечном итоге привело к лечению на основе генов. Картирование полного мозга мыши — это следующая цель.
«Технологии, разработанные этим проектом, дадут нам наш первый шанс по -настоящему определить какую -то ненормальную схему связности, которая приводит к беспорядку», — заявил в своем заявлении еще один из ведущих исследователей проекта, нейробиолог Принстона и компьютерного ученых Себастьян Сынг.
Работа «знаменует собой крупный скачок вперед и предлагает бесценную ресурс сообщества для будущих открытий», — пишет Гарвардские нейробиологи Мариела Петкова и Грегор Шухнехт, которые не участвовали в проекте.
Огромные и общедоступные данные «помогут разгадать сложные нейронные сети, лежащие в основе познания и поведения», добавили они.
Метовая интеллект из корковых сетей или микронсов, консорциума, финансировалась Национальной инициативой и IARPA национальных институтов здравоохранения, и IARPA, разведывательной деятельностью.
Департамент здравоохранения и науки Associated Press получает поддержку от Группы науки и образовательного института медицинского института Говарда Хьюза и Фонда Роберта Вуда Джонсона. AP несет единоличную ответственность за весь контент.
Проницательная, заслуживающая доверия журналистика для всех.
Ваше пожертвование, не облагаемое налогом, гарантирует, что наша жизненно важная отчетность продолжает процветать. Поддержите PBS News Hour сейчас, пока все подарки соответствуют!
