Новата карта на мозъка на мишка прилича на космоса: Учени създадоха най-подробната карта на мозъка в историята

Дендритите и аксоните – те са като звезди в нощното небе…

Учени създадоха най-подробната досега триизмерна карта на мозъчната дейност. Те са успели не само да изградят най-подробната схема на невронните връзки, но и за първи път в историята да наложат върху нея данните за работата на отделните клетки в реално време.

За създаването на картата екипът от над 150 специалисти от проекта MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) използва малък участък от зрителната кора на мишка с обем само един кубичен милиметър. В този микроскопичен фрагмент изследователите откриват повече от 200 хил. мозъчни клетки, от които 82 хил. са неврони. Между тях минават повече от четири километра нервни влакна, които образуват повече от 500 милиона синапси – специални контакти, чрез които клетките обменят различни сигнали.

За сравнение: предишният научен труд от подобен мащаб, създаден въз основа на проба от човешки мозък, включваше само 16 хил. неврона и 150 млн. синапса. Основното постижение на новото изследване обаче не е дори в количествените показатели, а във факта, че за първи път е било възможно да се запише как десетки хиляди клетки взаимодействат помежду си при обработката на визуалната информация.

Процесът на създаване на триизмерния модел се състои от няколко етапа. Първо, в продължение на два часа специалистите записват активността на почти 76-те хиляди неврона в зрителната кора на мишката, докато тя гледа различни видеоклипове, включително фрагменти от филма „Матрицата“. След това изследваната област от мозъка е разделена на хиляди срезове, дебелината на всеки от които е около четири стотни от дебелината на човешки косъм.

Получените проби са фотографирани и обединени в обемно изображение (снимката в началото). За обработката на огромния набор от данни са били необходими ИИ алгоритми и машинно обучение. Те са помогнали да се маркират отделните нервни клетки, техните разклонения и точки на свързване. Накрая изследователите комбинирали физическото местоположение на невроните със записите на тяхната активност.

Според невроложката от Харвардския университет Мариела Петкова, която не е участвала в проекта, научната общност е успяла да направи това, което винаги е изглеждало просто невъзможно – да наложи модела на активност върху карта на физическите връзки в такава голяма популация от клетки. Този мащаб на работата е безпрецедентен в историята на невронауката.

„Материалите са зашеметяващо красиви. Когато ги гледате, изпитвате същото благоговение пред сложността на мозъка, каквото изпитвате, когато гледате звездите на нощното небе“ – така неврологът Форест Колман, един от авторите, описва резултатите.

Всички материали по проекта вече са достъпни онлайн за научната общност и редица други изследователски екипи активно ги използват в своите трудове.