5.4 km neuronowych "kabli". To najbardziej kompleksowy schemat mózgu
Naukowcy stworzyli najbardziej kompleksowy schemat połączeń w mózgu ssaków, to mapa przedstawiająca strukturę 84 tys. neuronów i ok. 5,4 km przewodów neuronowych, która może mieć wpływ na zrozumienie inteligencji, świadomości i schorzeń neuronalnych.
Naukowcy dokonali przełomowego osiągnięcia, tworząc najbardziej szczegółowy diagram połączeń neuronów w mózgu ssaka - to fundament przyszłych badań nad tajemnicami ludzkiego umysłu. Mapa przedstawia niezwykle mały fragment kory wzrokowej myszy, wielkości mniejszej niż ziarenko piasku, ale zawierający aż 84 000 neuronów, połączonych pół miliarda synaps oraz około 5,4 km neuronalnych połączeń. Trójwymiarowa rekonstrukcja tego sześciennego milimetra mózgu pomaga zrozumieć, jak różne komórki w mózgu współpracują ze sobą, jak są zorganizowane i jak komunikują się za pomocą elektrycznych sygnałów.
To moment przełomowy w neuronauce, porównywalny z Projektem Genomu Ludzkiego pod względem potencjału transformacyjnego
Przełomowe osiągnięcie w neuronauce
To odkrycie jest przełomowe nie tylko z powodu samej mapy połączeń neuronów, ale również dlatego, że pozwala na dokładniejsze zrozumienie, jak te neurony komunikują się ze sobą w ramach złożonej sieci. Badania nad tym projektem rozpoczęły się w Baylor College of Medicine w Teksasie, gdzie użyto mikroskopów do rejestrowania aktywności mózgu myszy w trakcie oglądania filmów i klipów. Następnie zespół naukowców z Allen Institute podjął wyzwanie pocięcia tej samej próbki mózgu na ponad 25 tys. warstw, z których każda miała grubość zaledwie 1/400 szerokości ludzkiego włosa.
Kolejnym krokiem było wykonanie zdjęć o wysokiej rozdzielczości każdej z tych warstw za pomocą mikroskopów elektronowych. Dzięki tak zaawansowanej technologii powstały dane o wielkości 1,6 petabajta (to jakieś 22 lata nieprzerwanego wideo w wysokiej rozdzielczości), a następnie zespół badawczy z Princeton University zastosował sztuczną inteligencję oraz technologię uczenia maszynowego do zrekonstruowania komórek i ich połączeń w trójwymiarowy obraz.
Przełom w leczeniu chorób neurologicznych
Badania ujawniają również nową zasadę inhibicji, czyli tłumienia aktywności neuronów w mózgu. Naukowcy wcześniej uważali komórki hamujące za jedną prostą siłę wygaszającą inne neurony, ale nowe odkrycia wskazują, że komórki inhibicyjne są znacznie bardziej selektywne w wyborze neuronów, które tłumią. Tworzy to bardziej złożoną sieć współpracy i koordynacji w mózgu, zmieniając dotychczasowe rozumienie tego mechanizmu.
Zrozumienie formy i funkcji mózgu może otworzyć nowe możliwości leczenia zaburzeń mózgu, zwłaszcza tych związanych z zakłóceniami w komunikacji między neuronami - mówi dr Nuno da Costa, współpracownik Allen Institute.
Dzięki tej mapie, badacze będą mogli porównać zdrowe połączenia mózgu myszy z połączeniami w modelach chorób, co otwiera drogę do nowych terapii i skuteczniejszych sposobów leczenia chorób takich jak Alzheimer, Parkinson, schizofrenia czy autyzm.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 87 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
