Vědci postavili dosud největší mozkový „connect“ tím, že mají laboratorní myší hodinky „Matrix“ a „Star Wars“
Mozek savců je komplexní síť miliard buněk spojených biliony uzlů, které neurovědci ještě musí dráždit. Nyní vědci mapovali mnoho mozkových buněk a spojení v části mozku myši překlenující pouze 1 kubický milimetr – zhruba velikost zrnu písku.
„Millimetr se zdá být malý, ale v tomto milimetru jsou kilometry kabeláže,“ Jacob ReimerNeurovědec na Baylor College of Medicine, řekl Live Science. Reimer je vedoucím autorem jedné z 10 nových studií, ve kterých vědci podrobně popsali, jak vytvořili tuto pozoruhodnou mapu mozku.
Reimer je součástí Micronové konsorciumTým více než 150 vědců z několika amerických institucí. Ve své sérii příspěvků publikovaných v časopisech Nature 9. dubna vědci nejen odhalili 3D nervová mapaVolal „Connectome“, ale také popsal, jak použili tento datový soubor k prozkoumání mozkových fungování.
„Tento přístup překlenuje základní mezeru v neurovědě mezi pozorováním toho, co neurony dělají, a pochopením, jak jsou spojeny,“ Lilianne Mujica-ParodiNeurovědec na Stony Brook University, který nebyl zapojen do práce, řekl Live Science v e -mailu.
Související: Super detaile mapa mozkových buněk, které nás udržují vzhůru, by mohla zlepšit naše chápání vědomí
Jak byla mapa mozku zmapována
Vědci postavili konektom pomocí živé laboratorní myši, která byla geneticky modifikována tak, aby jeho neurony při nadšení zářily. To umožnilo vědcům detekovat mozkové buňky pomocí mikroskopu, zatímco myš sledovala videa a klipy na YouTube, včetně scén z „Mad Max: Fury Road“, „Matice“ a „Star Wars: Episode VII – The Force Awakens“.
Vědci zaznamenali mozkovou aktivitu ze 76 000 neuronů v kubickém milimetrovém bloku týlního laloku, který je umístěn v zadní části mozku a je klíčem pro vizuální zpracování. Později tým extrahoval mozek myši a zkoumal jeho anatomické rysy, jako jsou buněčné tvary a spojení, ze stejného laloku pomocí elektronového mikroskopu.
Dále, použití anatomických a zářících buněk jako průvodců, a strojové učení Algoritmus sledoval mozkové buňky a jejich rozšíření a vytvořil konečnou 3D mapu. Kartografický výkon obsahuje 200 000 buněk a 523 milionů spojení mezi neurony, nazývanými synapsy.
Mozek obsahuje různé typy buněk, které provádějí různé funkce, včetně neuronů, které vysílají signály, a gliové buňky, které podporují funkci neuronů. Nástroj strojového učení Rozlišuje mezi desítkami typů buněk na základě jejich fyzických rysů.
Forrest CollmanNeurovědec v Allen Institute a vedoucí autor dvou novin uvedl část lidského mozku a 40krát větší než konektom Celý ovocný mozek muškyučinit z něj největší konektom.
Navzdory tomu, jak je datový soubor hustý, Reimer řekl, že je neúplný – některé mozkové buňky chybí.
Konektom také obsahuje rozšíření „osiřelých“, která se zdá, že nevycházejí z jakýchkoli buněk. Důvodem by to mohlo být proto, že samotné buňky nebyly detekovány algoritmem strojového učení nebo proto, že rozšíření jsou spojena s buňkami mimo omezení vzorkované oblasti.
„Je tu spousta korektury, které je nutné,“ řekl Reimer a hodně z toho dvojitého kontroly musí vědci provádět ručně. To znamená, že jeho tým vyvinul softwarový nástroj Částečně automatizujte tento krok zdokonalení.
Nové vhled do nervových spojení
Existuje pořekadlo, které říká neurony „Oheň společně spojte,“ To znamená, že alespoň na krátkých vzdálenostech jsou mozkové buňky, které se aktivují v tandemu, s větší pravděpodobností vytvářejí spojení. Connectom odhalil, že tento vzorec také platí pravdivé oproti delším těm, Přesahující šířku 1 mm v vzorkovaném bloku.
Collman uvedl, že konektom také odhalil nové informace o tom, jak tzv. Inhibiční neurony-které způsobují, že ostatní neurony jsou méně pravděpodobné, že budou vystřelit- ve skutečnosti vypněte palbu v excitačních neuronech.
Než byl k dispozici konektom, neurovědci si nebyli jisti, zda inhibiční neurony cílí na specifické buňky v dané síti, spíše než pouze ovlivňující místní neurony, které jsou v těsném dosahu jejich zapojení, řekl Collman. Connectom odhalil, že inhibiční buňky pocházející z různých oblastí v mozku se mohou sbližovat na stejných cílových buňkách umístěných daleko, což naznačuje, že jejich inhibice je vysoce specifická.
Z tohoto konektomu by v budoucnu mohlo vyjít více poznatků.
„Autoři zpřístupnili data spojená s novinou,“ řekl Max AragonDoktorský student neurovědy na Princetonské univerzitě se do práce nezapojil. „Je to obrovská požehnání pro komunitu neurovědy,“ řekl v e -mailu Live Science a poznamenal, že ostatní vědci mohou nyní využít data pro svou vlastní práci.
Kromě odhalení toho, jak mozek funguje, by mohl konektom „poskytnout zásadní poznatky o řešení neurologických poruch, kde hraje roli dysfunkce obvodu,“ řekl Mujica-Parodi-například nahromadění plakety u Alzheimerovy choroby a vytvoření léze v roztroušené skleróze často poškozují neuronové sítě.
A práce se tam nezastaví. „Millimetrová kostka je v jednom smyslu obrovská,“ řekl Reimer, „ale je to jen zlomek vizuálního systému myši.“
V nadcházejícím desetiletí se iniciativa mozku Národních institutů zdraví zaměří na vývoj konektoru celého mozku myši, dodal, což by mohlo vědcům pomoci pochopit obvody na dlouhé vzdálenosti mezi různými oblastmi mozku.
Budoucnost tohoto projektu je však v současné době nejistá Kongres snížil 278 milionů dolarů z loňského financování.
Poznámka editora: Max Aragon dříve spolupracoval se dvěma autory studie Chrisem Xu a Sven Dorkenwald.
