Najveća mapa mozga detaljno prikazuje ogroman broj neurona i njihovu aktivnost

3D rekonstrukcija je prva koja postavlja aktivnost neurona na mapu moždanih ćelija u velikim razmerama.

Naučnici su napravili dosad najveći i najdetaljniji dijagram povezanosti u mozgu sisara, mapirajući ćelije u kubnom milimetru moždanog tkiva miša. U ovom izuzetnom radu, dijagram takođe detaljno prikazuje aktivnost individualnih neurona u velikoj razmeri, prvi put u neuronauci.

Preporučujemo

3D mapa visoke rezolucije obuhvata više od 200.000 moždanih ćelija, od koji su oko 82.000 neuroni. Takođe uključuje više od 500 miliona neuronskih spojeva poznatih kao sinapse i više od četiri kilometra neuronskih veza, sve u malenom delu tkiva iz oblasti mozga zadužene za vid.

Jedina mapa mozga sličnih razmera je mapa kubnog milimetra ljudskog mozga, sa 16.000 neurona i 150 miliona sinapsi. Nova mapa takođe prikazuje aktivnost desetina hiljada neurona koji šalju signale i reaguju međusobno radi procesuiranja vizuelnih podataka.

Ova mapa moždane aktivnosti sa dijagramom veza predstavlja prekretnicu u konektomici, oblasti koja treba da pokaže kako mozgovi procesuiraju i organizuju informacije. Iza ogromnog poduhvata stoji više od 150 istraživača u projektu Mašinske inteligencije iz kortikalnih mreža (MICrONS). Projektni resursi su dostupni neuronaučnoj zajednici na internetu i drugi timovi ih već istražuju.

Prvi put je mapirana aktivnost neurona preko dijagrama veza u veoma velikoj populaciji neurona. To ranije nije viđeno u takvim razmerama.

Radi kreiranja ove izvanredne mape, istraživači su prvo snimili aktiviranje skoro 76.000 neurona u vizuelnom korteksu miša dok je gledao razne video sadržaje, uključujući delove „Matriksa“, tokom dva sata. Zatim su isekli kubni milimetar mišjeg mozga u hiljade komada tkiva, svaki debeo kao četiristoti deo ljudske vlasi.

Naučnici su snimili svaki režanj i sastavili snimke u 3D mapu. Na kraju su pomoću veštačke inteligencije i algoritama mašinskog učenja označili neurone, njihova grananja i sinapse. Takođe su uparili neurone na mapi sa snimcima moždanih ćelija u akciji. Ta kombinacija funkcije i strukture u takvoj razmeri nije ranije viđena.

Ovaj rad daje uvide u osnovna pravila koja oblikuju nervne sklopove u mišjem mozgu. Na primer, neuroni u korteksu koji reaguju na slične tipove vizuelnog sadržaja – poput izvesnih oblika ili pravaca kretanja – često formiraju više međusobnih veza, bez obzira na to koliko su udaljeni, nego sa neuronima specijalizovanim za neki drugačiji tip sadržaja.

Rezultati dodaju novi momenat dugotrajnoj teoriji u neuronauci – da se neuroni koji reaguju zajedno povezuju. Ranije studije su testirale ovu teoriju samo na ograničenom broju neurona i sinapsi. Nova studija pokazuje da postoji raznolikost u stepenu primene ovog pravila širom svih različitih komponenti korteksa.

Istraživači se nadaju da će njihovi podaci doprineti otkrivanju raznih odlika i procesa u mozgu. Postoje brojne kortikalne oblasti koje razumemo na različitim nivoima detalja i na različite načine. Ovo je zapravo tek početak povezivanja strukture i funkcije, kažu naučnici.

Mape moždanih veza mogu se koristiti za proučavanje kako mozak skladišti i aktivira vizuelna pamćenja, poput sećanja na poslednju rođendansku zabavu ili na dede i babe. To su velika otvorena pitanja o korteksu sisara koja su i dalje vrlo fundamentalna.

Nova mapa pokriva oko 0,2% mišjeg mozga, ali će istraživači testirati tehnologije u cilju mapiranja čitavog mozga životinje.

(Telegraf Nauka/Nature)