Bilim adamları, bir farenin beyninin bir kısmını haritalayan çok karmaşık bir galaksi gibi görünüyor

“Matrix” den klipler izleyen bir fare sayesinde, bilim adamları bugüne kadar bir beynin en büyük fonksiyonel haritasını yarattılar – mesajları ateşlerken 84.000 nöronu birbirine bağlayan kabloların bir diyagramı.

Bu farenin beyninin haşhaş tohumu büyüklüğü hakkında bir parçasını kullanarak, araştırmacılar bu nöronları belirlediler ve dal benzeri lifler aracılığıyla nasıl iletişim kurduklarını izlediler.

Çarşamba günü Nature dergisine göre yayınlanan devasa veri kümesi, beynimizin nasıl çalıştığının gizemini çözmek için bir adım atıyor. Farklı beyin devresini tanımlamak için renkli bir rekonstrüksiyonda monte edilen veriler, ek araştırma için dünya çapında bilim adamlarına açıktır ve sadece bir göz atmayı merak etmek için.

Projenin önde gelen araştırmacılarından Seattle'daki Allen Beyin Bilimleri Enstitüsü'nden Forrest Collman, “Kesinlikle galaksilerin resimlerine bakmak gibi bir huşu duygusuna ilham veriyor” dedi. “Ne kadar karmaşık olduğunuzu anlıyorsunuz. Bir farenin beynine ve bu gerçek nöronlarda görebileceğiniz güzellik ve karmaşıklığa ve aralarındaki yüz milyonlarca bağlantıdan bakıyoruz.”

Nasıl düşündüğümüz, hissettiğimiz, görünce, konuştuğumuz ve hareket ettiğimiz, beyindeki nöronlardan veya sinir hücrelerinden kaynaklanır – nasıl aktive edildiklerini ve birbirlerine mesaj gönderdikleri. Bilim adamları uzun zamandır bu sinyallerin bir sonraki nörona atlamak için sinapslar kullanarak aksonlar ve dendritler adı verilen lifler boyunca bir nörondan hareket ettiğini biliyorlar. Ancak, belirli görevleri yerine getiren nöron ağları ve bu kabloların kesintilerinin nasıl bir rol oynayabileceği hakkında daha az bilinir. Alzheimer– otizm veya diğer bozukluklar.

Allen Enstitüsü bilim adamı Clay Reid, nöral bağlantıları incelemek için öncü elektron mikroskopisine yardımcı olan Allen Institute Scientist Clay Reid, “Beyin hücrelerinin işlerini nasıl yapabileceği konusunda bin hipotez yapabilirsiniz, ancak bu hücrelerin bir araya getirilmesi değil, bu hücreler nasıl bir araya getiriliyor.” Dedi.

Yeni proje ile, 150'den fazla araştırmacıdan oluşan küresel bir ekip, Collman'ın fare beyninin görüşten sorumlu bir kısmı boyunca karışık spagetti parçalarıyla karşılaştırdığı sinirsel bağlantıları haritaladı.

İlk adım: Bilim kurgu filmleri, spor, animasyon ve doğanın fare video snippet'lerini gösterin.

Baylor Tıp Fakültesi'ndeki bir ekip, aktif olduklarında nöronlarının parlamasını sağlayan bir genle tasarlanmış bir fare kullanarak bunu yaptı. Araştırmacılar, hayvanların görsel korteksindeki bireysel hücrelerin yanıp sönen görüntüleri işlerken nasıl aydınlandığını kaydetmek için lazerle çalışan bir mikroskop kullandılar.

Daha sonra, Allen Enstitüsü'ndeki bilim adamları, her biri bir insan saçından daha ince olan 25.000'den fazla katmana tıraş etmek için özel bir araç kullanarak bu küçük beyin dokusunu analiz ettiler. Elektron mikroskopları ile, bu bölümlerin yaklaşık 100 milyon yüksek çözünürlüklü görüntüsünü aldılar, bu spagetti benzeri lifleri aydınlattılar ve verileri 3D olarak özenle yeniden monte ettiler.

Son olarak, Princeton Üniversitesi bilim adamları tüm kabloları izlemek için yapay zeka kullandılar ve “her bir telin her birini farklı bir rengi boyadılar, böylece bunları ayrı ayrı tanımlayabiliriz” diye açıkladı Collman.

Mikroskobik kablolamanın, düzenlenmesi halinde 5 kilometreden daha fazla ölçeceğini tahmin ettiler. Önemli olarak, film izlerken bu anatomiyi fare beynindeki aktiviteyle eşleştirmek, araştırmacıların devrenin nasıl çalıştığını izlemesine izin verdi.

Princeton araştırmacıları ayrıca diğer bilim adamlarının yeni çalışmalar geliştirmede kullanabileceği verilerin dijital 3D kopyalarını da oluşturdu.

Bu tür bir haritalama bilim adamlarının sonunda beyin hastalıkları için tedaviler bulmasına yardımcı olabilir mi? Araştırmacılar, ilk gen haritalamasını sağlayan insan genom projesinin nihayetinde gen tabanlı tedavilere yol açması gibi temel bir adım diyorlar. Tam bir fare beynini haritalamak bir sonraki hedeftir.

Projenin önde gelen araştırmacılarından biri olan Princeton sinirbilimci ve bilgisayar bilimcisi Sebastian Seung, “Bu proje tarafından geliştirilen teknolojiler bize bir bozukluğa yol açan bir tür anormal bağlantı modelini gerçekten tanımlamak için ilk şansımızı verecek.” Dedi.

İş, “büyük bir sıçrama ileriye işaret ediyor ve gelecekteki keşifler için paha biçilmez bir topluluk kaynağı sunuyor” diye yazdı Harvard sinirbilimcileri Mariela Petkova ve projeye dahil olmayan Gregor Schuhknecht.

Büyük ve halka açık veriler “biliş ve davranışın altında yatan karmaşık sinir ağlarının çözülmesine yardımcı olacak” diye eklediler.

Kortikal ağlardan gelen makine zekası veya mikron, konsorsiyum Ulusal Sağlık Enstitüleri Beyin Girişimi ve Zeka İleri Araştırma Projeleri etkinliği IARPA tarafından finanse edildi.