Největší mapa mozku, která kdy ukazovala myší neurony v ohromujícím detailu
Neurovědníci vytvořili největší a nejpodrobnější mapu mozku savců v dominantním úspěchu
Vykreslování více než 1 000 mozkových buněk z těch rekonstruovaných z analýzy kubického milimetru mozkové tkáně z myši.
Vědci vytvořili největší a nejpodrobnější schéma zapojení k dnešnímu mozku savčího mozku mapováním buněk kubický milimetr mozkové tkáně myši. V mezníkovém úspěchu podrobně popisuje aktivitu jednotlivých neuronů ve velkém měřítku – nejprve neurověda.
3D mapa s vysokým rozlišením obsahuje více než 200 000 mozkových buněk, z nichž přibližně 82 000 jsou neurony. Zahrnuje také více než 500 milionů neuronálních bodů pro připojení nazývané synapsy a více než 4 kilometry neuronálního zapojení, vše se nachází v malém bloku tkáně v oblasti mozku zapojenou do vidění. Jediná mozková mapa srovnatelného měřítka je mapa kubický milimetr lidského brain, který zahrnoval 16 000 neuronů a 150 milionů synapsí. Nová mapa také zachytila aktivitu desítek tisíc neuronů, které střílejí signály a vzájemně interagují za účelem zpracování vizuálních informací.
Tato mapa aktivity mozku v kombinaci s schématem zapojení označuje milník v Connectomics, pole, jehož cílem je ukázat, jak mozky zpracovávají a organizují informace. Za masivním úsilím je více než 150 vědců v projektu Cortical Networks (Microns), kteří popsali svou práci v balíčku osmi článků zveřejněných dnes v balíčku osmi příspěvků Příroda a Metody přírody. Projekt Microns má zpřístupnil své zdroje pro komunitu neurovědy Online a další týmy je již zkoumají v různých studiích.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
„Podařilo se jim udělat něco, co jsme neudělali jako neurovědní komunita v podstatě ve celé naší historii, která má být schopna zmapovat aktivitu neuronů na kabeláž na velmi velké populaci neuronů,“ říká Mariela Petkova, neurovědná na Harvardské univerzitě v Cambridge, Massachusetts, která se nezapojila do projektu. „V tomto měřítku jsme to nikdy neviděli.“
Data „jsou opravdu úžasně krásná,“ říká Forrest Collman, neurovědec v Allen Institute for Brain Science ve Washingtonu v Seattlu, který studie spoluautorem. „Podíváme -li se na to, opravdu vám dává úctu o pocitu složitosti v mozku, který se velmi podobá dívání na hvězdy noci.“
Myš v matici
Aby vytvořili průlomovou mapu, vědci nejprve zaznamenali střelbu téměř 76 000 neuronů ve vizuální kůře myši, když zvíře sledovalo různá videa, včetně klipů z Maticena dvě hodiny. Potom nakrájeli kubický milimetr mozku myši do tisíců tkáňových plátků, z nichž každá asi jedna setistá šířka lidských vlasů.
Vykreslování buňky Martinotti vrstvy 5 (šedá) rekonstruované z rozsáhlého datového souboru elektronové mikroskopie. Výstupní synapse (Jasné skvrny) jsou barevně označeny typem cílové buňky. Červené tečky jsou synapsy vyrobené na excitační vrstvě 2/3 pyramidálních buněk a azurové tečky jsou na intra-telencefalicky projekční excitační neurony ve vrstvě 5.
Clare Gamlin/Allen Institute
Vědci zobrazovali každý řez a shromáždili obrázky do 3D mapy. Nakonec použili algoritmy umělé inteligence a strojového učení k anotaci neuronů, jejich rozvětvovacích projekcí a jejich synapsí. Tým také spojil neurony na mapě s jejich nahrávkami mozkových buněk v akci.
Moritz Helmstaedter, neurovědec na Institutu pro výzkum mozku Maxe Planck ve Frankfurtu v Německu, říká, že „kombinace funkce a struktury v tomto měřítku“ je bezprecedentní. Je to „velmi působivé úsilí a úspěch“.
Oheň společně, drát se společně
Práce přinesla nahlédnutí do základních pravidel, která se formují nervové obvody v mozku myši. Autoři například zjistili, že neurony v kůře, které reagují na podobné typy vizuálních rysů – jako jsou určité tvary nebo směry pohybu – často vytvářejí více spojení mezi sebou, bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe, než s neurony, které se specializují na jiný typ rysu.
Výsledky přidávají novou vrásku k dlouhodobé teorii v neurovědě, říká Collman-jmenovitě, že „neurony, které společně střílejí, spolu s ním“. Předchozí studie tuto teorii testovaly pouze v omezeném počtu neuronů a synapsí. Současná studie ukazuje, že „existuje rozmanitost (až), kolik je toto pravidlo aplikováno napříč všemi různými složkami kůry,“ dodává.
Vědci mikronů doufají, že jejich soubor dat může pomoci odhalit různé funkce a procesy v mozku. „Existují nejrůznější kortikální oblasti, kterým rozumíme na různých úrovních detailů a různými způsoby. A myslím si, že je to opravdu jen začátek vztahy struktury a funkce,“ říká Clay Reid, neurobiolog v Allen Institute a spoluautor mikronů.
Helmstaedter říká, že vědci mohou použít mapy zapojení ke studiu, jak mozkové ukládá a připomíná vizuální vzpomínky, jako je „Naše vzpomínka na poslední narozeninovou oslavu nebo naše prarodiče“. To jsou „velké otevřené otázky týkající se savčích kůry, které jsou stále velmi zásadní,“ dodává.
Nově publikovaná mapa pokrývá kolem 0,2% mozku myši, ale tým Micronů bude testovat technologie na mapování celého mozku zvířete, říká Nuno Maçarico da Costa, neuroanatomista v Allen Institute a další spoluautor mikronů.
Tento článek je reprodukován se svolením a byl poprvé publikováno 9. dubna 2025.
