Составлена карта части мозга мыши, которая настолько сложна, что похожа на галактику

0 0

Огромный массив данных, опубликованный в среду в журнале Nature, является шагом к разгадке тайны того, как работает наш мозг.

Благодаря мыши, которая смотрела ролики из "Матрицы", учёные создали самую большую на сегодняшний день функциональную карту мозга — схему связей между 84 000 нейронов, которые передают сообщения. Используя фрагмент мозга мыши размером с маковое зёрнышко, исследователи определили эти нейроны и проследили, как они взаимодействуют с помощью разветвлённых волокон через удивительные 500 миллионов соединений, называемых синапсами. Данные, собранные в виде трёхмерной реконструкции, раскрашенной для обозначения различных участков мозга, доступны учёным по всему миру для дополнительных исследований, а также просто любопытствующим.

Это определённо вызывает благоговение, как при взгляде на фотографии галактик. Вы понимаете, насколько вы сложны. Мы рассматриваем одну крошечную часть ... мозга мыши и красоту и сложность, которые можно увидеть в этих реальных нейронах и сотнях миллионов связей между ними.

Форрест Коллман из Института Аллена по изучению мозга в Сиэтле, один из ведущих исследователей проекта

То, как мы думаем, чувствуем, видим, говорим и двигаемся, зависит от нейронов, или нервных клеток, в мозге — от того, как они активируются и передают сообщения друг другу. Учёные давно знают, что эти сигналы передаются от одного нейрона по волокнам, называемым аксонами и дендритами, с помощью синапсов, которые передают их следующему нейрону. Но о сетях нейронов, которые выполняют определённые задачи, и о том, как нарушения в этих сетях могут влиять на развитие болезни Альцгеймера, аутизма или других расстройств, известно меньше.

Вы можете выдвинуть тысячу гипотез о том, как клетки мозга могут выполнять свою работу, но вы не сможете проверить эти гипотезы, пока не узнаете, пожалуй, самое важное — как эти клетки связаны между собой.

учёный из Института Аллена Клей Рейд, который помог внедрить электронную микроскопию для изучения нейронных связей

В рамках нового проекта международная команда из более чем 150 исследователей составила карту нейронных связей, которые Коллман сравнивает с запутанными нитями спагетти, проходящими через часть мозга мыши, отвечающую за зрение.

Первый шаг: покажите мыши отрывки из научно-фантастических фильмов, спортивных передач, мультфильмов и фильмов о природе

Команда из Медицинского колледжа Бейлора сделала именно это, используя мышь, в геном которой был встроен ген, заставляющий нейроны светиться, когда они активны. Исследователи использовали лазерный микроскоп, чтобы зафиксировать, как отдельные клетки зрительной коры головного мозга животного светились, обрабатывая мелькающие изображения.

Затем учёные из Института Аллена проанализировали этот небольшой кусочек мозговой ткани, используя специальный инструмент, чтобы разделить его на более чем 25 000 слоёв, каждый из которых был тоньше, чем человеческий волос. С помощью электронных микроскопов они сделали почти 100 миллионов изображений этих срезов с высоким разрешением, осветив похожие на спагетти волокна и кропотливо собрав данные в трёхмерную модель.

Учёные из Принстонского университета использовали искусственный интеллект, чтобы отследить все эти провода и "покрасить каждый из них в отдельный цвет, чтобы мы могли идентифицировать их по отдельности. По их подсчётам, если бы микроскопические проводки были выложены в ряд, их длина составила бы более 3 миль (5 километров). Важно отметить, что сопоставление всей этой анатомии с активностью мозга мыши во время просмотра фильмов позволило исследователям проследить, как работает схема.

Исследователи из Принстона также создали цифровые 3D-копии данных, которые другие учёные могут использовать для проведения новых исследований. Может ли такое картирование помочь учёным в конечном счёте найти методы лечения заболеваний мозга? Исследователи называют это основополагающим шагом, подобно тому, как проект "Геном человека", который обеспечил первое картирование генов, в конечном счёте привёл к разработке методов лечения на основе генов. Картирование всего мозга мыши — одна из следующих целей.

Технологии, разработанные в рамках этого проекта, дадут нам возможность впервые выявить аномальные связи, которые приводят к расстройствам.

Себастьян Сунг, другой ведущий исследователь проекта, нейробиолог и специалист по информатике из Принстона

Нейробиологи из Гарварда Мариэла Петкова и Грегор Шухнехт, которые не участвовали в проекте указали, что проведенная научная работа означает значительный шаг вперёд и представляет собой бесценный ресурс для будущих открытий. Они добавили, что огромные общедоступные данные помогут специалистам разобраться в сложных нейронных сетях, лежащих в основе познания и поведения.

Ученые выяснили, как черные дыры звездной массы испускают мощные плазменные струи.