Учёные создали трёхмерную карту нейронных связей, охватывающую 1 мм³ ткани мозга мыши, что эквивалентно размеру песчинки, но содержит километры «проводки». Полученная модель – крупнейший до настоящего момента коннектом, в три раза превосходящая ранее созданный фрагмент человеческого мозга и в сорок раз – мозг плодовой мушки.
Мозг млекопитающих представляет собой сложную сеть из миллиардов клеток и триллионов связей. Как отметил Джейкоб Раймер из Baylor College of Medicine: «Миллиметр кажется малым, но внутри него – километры проводки». Этот факт подчеркивает масштаб и запутанность нейросетей даже в мельчайшем объеме ткани.
Работу реализовала группа MICrONS Consortium, объединяющая более 150 исследователей из таких учреждений, как Baylor College of Medicine, Allen Institute, Stony Brook University и Princeton University. Форрест Коллман из Allen Institute сыграл ведущую роль, а комментарии в адрес проекта оставили такие учёные, как Лилианн Мухика-Пароди и докторский студент Макс Арагон из Принстона.
Эксперимент проводился с использованием генетически модифицированной мыши, у которой нейроны светились при возбуждении. Мышь наблюдала видео, включая фрагменты из "Mad Max: Fury Road", "The Matrix" и "Star Wars: Episode VII — Пробуждение силы». Активность 76 000 нейронов фиксировалась в кубическом миллиметре затылочной доли – области, отвечающей за обработку визуальной информации.
После проведения эксперимента мозг извлекали для детального анализа с помощью электронного микроскопа. Использовав алгоритм машинного обучения, исследователи восстановили 3D карту, включающую около 200 000 клеток и 523 миллиона синаптических соединений. Алгоритм различил десятки типов клеток, однако модель остаётся неполной – некоторые отростки оказались «без хозяина» и требуют дополнительного ручного контроля с использованием нового программного обеспечения.
Исследование подтвердило общий принцип «нейроны, работающие вместе, соединяются вместе», действующий не только на микроуровне, но и по всему объёму изучаемой ткани. Особое внимание было уделено inhibitory-нейронам, которые выборочно подавляют активность возбуждающих клеток, демонстрируя специфичное взаимодействие даже между удалёнными участками мозга.
Публикация работ в серии из 10 статей 9 апреля в журналах Nature открыла доступ к уникальной базе данных для всего научного сообщества. Публикация стала важным ресурсом для других исследователей, позволяющим углубить понимание строения и функций нейронных цепей, а также исследовать патологические изменения, характерные для болезней Альцгеймера и рассеянного склероза.
Дальнейшие исследования в рамках инициативы Национальных институтов здравоохранения BRAIN Initiative нацелены на картирование полного коннектома мозга мыши, что позволит разобрать дальние нейронные цепи между различными отделами. Несмотря на сокращение финансирования на 278 миллионов долларов, данное исследование открывает перспективы для фундаментальных открытий в нейронауке и разработки методов лечения нейродегенеративных заболеваний.
Изображение носит иллюстративный характер
Мозг млекопитающих представляет собой сложную сеть из миллиардов клеток и триллионов связей. Как отметил Джейкоб Раймер из Baylor College of Medicine: «Миллиметр кажется малым, но внутри него – километры проводки». Этот факт подчеркивает масштаб и запутанность нейросетей даже в мельчайшем объеме ткани.
Работу реализовала группа MICrONS Consortium, объединяющая более 150 исследователей из таких учреждений, как Baylor College of Medicine, Allen Institute, Stony Brook University и Princeton University. Форрест Коллман из Allen Institute сыграл ведущую роль, а комментарии в адрес проекта оставили такие учёные, как Лилианн Мухика-Пароди и докторский студент Макс Арагон из Принстона.
Эксперимент проводился с использованием генетически модифицированной мыши, у которой нейроны светились при возбуждении. Мышь наблюдала видео, включая фрагменты из "Mad Max: Fury Road", "The Matrix" и "Star Wars: Episode VII — Пробуждение силы». Активность 76 000 нейронов фиксировалась в кубическом миллиметре затылочной доли – области, отвечающей за обработку визуальной информации.
После проведения эксперимента мозг извлекали для детального анализа с помощью электронного микроскопа. Использовав алгоритм машинного обучения, исследователи восстановили 3D карту, включающую около 200 000 клеток и 523 миллиона синаптических соединений. Алгоритм различил десятки типов клеток, однако модель остаётся неполной – некоторые отростки оказались «без хозяина» и требуют дополнительного ручного контроля с использованием нового программного обеспечения.
Исследование подтвердило общий принцип «нейроны, работающие вместе, соединяются вместе», действующий не только на микроуровне, но и по всему объёму изучаемой ткани. Особое внимание было уделено inhibitory-нейронам, которые выборочно подавляют активность возбуждающих клеток, демонстрируя специфичное взаимодействие даже между удалёнными участками мозга.
Публикация работ в серии из 10 статей 9 апреля в журналах Nature открыла доступ к уникальной базе данных для всего научного сообщества. Публикация стала важным ресурсом для других исследователей, позволяющим углубить понимание строения и функций нейронных цепей, а также исследовать патологические изменения, характерные для болезней Альцгеймера и рассеянного склероза.
Дальнейшие исследования в рамках инициативы Национальных институтов здравоохранения BRAIN Initiative нацелены на картирование полного коннектома мозга мыши, что позволит разобрать дальние нейронные цепи между различными отделами. Несмотря на сокращение финансирования на 278 миллионов долларов, данное исследование открывает перспективы для фундаментальных открытий в нейронауке и разработки методов лечения нейродегенеративных заболеваний.
