Oamenii de știință au construit cel mai mare creier „conectome” până în prezent, având un Watch Mouse de laborator „Matricea” și „Star Wars”

Creierul mamifer este o rețea complexă de miliarde de celule conectate prin trilioane de noduri pe care neuroștiintiștii încă nu le -au tachinat. Acum, cercetătorii au cartografiat numeroasele celule ale creierului și conexiuni într -o porțiune a creierului de șoarece care se întind pe doar 1 milimetru cub – aproximativ dimensiunea unui bob de nisip.

„Un milimetru pare mic, dar în acel milimetru există kilometri de cablare,” Jacob Reimera spus un neuroștiințist la Baylor College of Medicine Science. Reimer este autorul principal al unuia dintre cele 10 noi studii în care oamenii de știință au detaliat modul în care au construit această remarcabilă hartă a creierului.

Reimer face parte din Consorțiul Micronio echipă de peste 150 de cercetători din mai multe instituții americane. În seria lor de lucrări publicate în Nature Journals pe 9 aprilie, cercetătorii nu numai că au dezvăluit Harta neurală 3Dnumit „conectom”, dar a descris și modul în care au folosit acest set de date pentru a explora funcționarea creierului.

„Această abordare pune la punct un decalaj fundamental în neuroștiință între observarea a ceea ce fac neuronii și înțelegerea modului în care sunt conectați”, Lilianne Mujica-Parodia spus un neuroștiințist la Stony Brook University care nu a fost implicat în lucrare, a spus Live Science într -un e -mail.

Înrudite: Harta super-detaliată a celulelor creierului care ne țin treaz ne-ar putea îmbunătăți înțelegerea conștiinței

Cum a fost grafic harta creierului

Cercetătorii au construit conexiunea folosind un mouse de laborator live care a fost modificat genetic, astfel încât neuronii săi să strălucească atunci când sunt excitați. Acest lucru le -a permis cercetătorilor să detecteze celulele creierului folosind un microscop în timp ce mouse -ul viziona videoclipuri și clipuri YouTube, inclusiv scene din „Mad Max: Fury Road”, „The Matrix” și „Star Wars: Episodul VII – The Force Awakens”.

Cercetătorii au înregistrat activitatea creierului de la 76.000 de neuroni într -un bloc de milimetri cubi al lobului occipital, care este localizat în spatele creierului și este esențial pentru procesarea vizuală. Ulterior, echipa a extras creierul mouse -ului și a examinat caracteristicile sale anatomice, cum ar fi formele și conexiunile celulare, din același lob folosind un microscop electronic.

În continuare, folosind imaginile anatomice și cu celule strălucitoare ca ghiduri, a Învățare automată Algoritmul a urmărit celulele creierului și extensiile acestora, producând harta 3D finală. Fata cartografică conține 200.000 de celule și 523 de milioane de conexiuni între neuroni, numiți sinapse.

Creierul conține diferite tipuri de celule care îndeplinesc funcții diferite, inclusiv neuroni, care trimit semnale și celule gliale, care susțin funcția neuronilor. Instrumentul de învățare automată distins între zeci de tipuri de celule pe baza caracteristicilor lor fizice.

Forrest Collmanun neuroștiințist la Institutul Allen și autorul principal al două dintre lucrări, a declarat că acest set de date este de trei ori mai mare decât un conectome preluat de la parte a unui creier uman și de 40 de ori mai mare decât un conectom al creier cu zboară cu fructe întregifăcându -l cel mai mare conectom până la data.

În ciuda cât de dens este setul de date, Reimer a spus că este incomplet – unele celule ale creierului lipsesc.

Conectomul conține, de asemenea, extensii „orfane” care nu par să emane din nicio celulă. Acest lucru s -ar putea întâmpla din cauza faptului că celulele în sine nu au fost detectate de algoritmul de învățare automată sau pentru că extensiile sunt conectate la celule din afara limitelor regiunii eșantionate.

„Există o mulțime de corecții care sunt necesare”, a spus Reimer, iar o mare parte din această verificare dublă trebuie făcută manual de către oamenii de știință. Acestea fiind spuse, echipa sa a dezvoltat un instrument software pentru Automatizați parțial această etapă de rafinare.

Noi perspective asupra conexiunilor neuronale

Există un adagiu care spune neuroni care „Trageți -vă împreună,” Înțeles, cel puțin pe distanțe scurte, celulele creierului care se activează în tandem sunt mai susceptibile să formeze conexiuni. Conectome a dezvăluit că acest model și Ține adevărat pe traseele mai lungi, care se întinde pe lățimea de 1 mm a blocului eșantionat.

Collman a spus că conexiunea a dezvăluit, de asemenea, noi informații despre modul în care așa-numiții neuroni inhibitori-care fac ca alți neuroni să fie mai puțin susceptibili de a trage- Opriți de fapt tragerea în neuroni excitatori.

Înainte de a fi disponibil conexiunea, neuroștiintiștii nu erau siguri dacă neuronii inhibitori vizează celule specifice într -o rețea dată, mai degrabă decât să afecteze doar neuronii locali care se întâmplă să fie la îndemână a cablurilor lor, a spus Colman. Conectomul a relevat faptul că celulele inhibitoare provenite din diferite zone din creier pot converge pe aceleași celule țintă situate departe, ceea ce sugerează că inhibarea lor este extrem de specifică.

Mai multe informații ar putea ieși din acest conectom în viitor.

„Autorii au făcut datele asociate publicului disponibile public”, a spus Max Aragonun student de doctorat în neuroștiință la Universitatea Princeton care nu este implicat în lucrare. „Acesta este un element masiv pentru comunitatea de neuroștiință”, a spus el pentru Live Science într -un e -mail, menționând că alți cercetători pot folosi acum datele pentru propria lor muncă.

Pe lângă faptul că a dezvăluit modul în care funcționează creierul, conexiunea ar putea „oferi informații cruciale pentru abordarea tulburărilor neurologice în care disfuncția circuitului joacă un rol”, a spus Mujica-Parodi-de exemplu, acumularea plăci în boala Alzheimer și formarea de leziuni în scleroză multiplă Adesea deteriorează rețelele neuronale.

Și munca nu se oprește acolo. „Cubul de milimetru este imens într -un singur sens”, a spus Reimer, „dar este doar o fracțiune din sistemul vizual al mouse -ului.”

În următorul deceniu, inițiativa creierului Institutelor Naționale de Sănătate se va concentra pe dezvoltarea unui conectom al întregului creier de șoarece, a adăugat el, ceea ce ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă circuitele pe distanțe lungi între diferite regiuni ale creierului.

Cu toate acestea, viitorul acestui proiect este în prezent incert, deoarece Congresul a redus 278 de milioane de dolari Din finanțarea anul trecut.

Nota editorului: Max Aragon a lucrat anterior cu doi dintre autorii studiului, Chris Xu și Sven Dorkenwald.

Kamal Nahas este un contribuabil independent cu sediul în Oxford, Marea Britanie, activitatea sa a apărut în New Scientist, Science și The Scientist, printre alte puncte de vânzare, și acoperă în principal cercetările privind evoluția, sănătatea și tehnologia. Deține un doctorat în patologie de la Universitatea din Cambridge și un master în imunologie de la Universitatea din Oxford. În prezent, lucrează ca microscopist la Diamond Light Source, sincrotronul din Marea Britanie. Când nu scrie, îl poți găsi la vânătoare pentru fosile pe coasta Jurasicului.