Ученые создали самую совершенную 3D-карту мозга — из 4 км нейронов и более 200 тыс. клеток

Международная группа исследователей создала самую совершенную 3D-карту зрительной коры мозга мыши.

Работа под руководством проекта MICrONS позволила создать трехмерную карту высокого разрешения части зрительной коры головного мозга мыши, дав ученым возможность в корне изменить представление о работе и функциях этого органа. Общий объем данных составил 1,6 петабайтов информации, охватив активность более 200 тыс. клеток. Карта включает в себя 4 км разветвленных аксонов и 500 млн синаптических центров.

«Достижения MICrONS является переломным моментом для нейронауки, который можно сравнить с проектом генома человека по своему трансформационному потенциалу», — отмечает ведущий автор работы Дэвид Марковиц.

В работе приняли участие нейробиологи из Принстонского университета, Института Аллена и Медицинского колледжа Бейлора. Ученые проводили наблюдения за активностью нейронов в зрительной коре головного мозга мыши на основе ряда видео.

После этого специалисты из Института Аллена использовали электронную микроскопию, создав изображение этого участка мозга, предварительно разделенного на 25 тыс. ультратонких фрагментов, каждый из которых был тоньше человеческого волоса. Ученые в сфере искусственного интеллекта в Принстоне задействовали передовые алгоритмы ИИ для отслеживания и реконструкции нейронных и синаптических связей клеточной архитектуры. Эта модель впоследствии была преобразована в трехмерную.

«Внутри этого крошечного пятнышка есть целая архитектура, похожая на изысканный лес. В нем есть всевозможные правила связей, которые мы знали из разных частей нейронауки, и в рамках самой реконструкции мы можем проверить старые теории и надеяться найти новые вещи, которых никто никогда раньше не видел», — объясняет старший научный сотрудник Клэй Рейд.

Одним из ключевых открытий для ученых стало изменение представления о работе тормозных нейронов. Считалось, что эти нейроны выполняют функции исключительно подавления мозговой активности. Однако они, как оказалось, работают очень избирательно. Целые группы этих нейронов слаженно работают над сдерживанием отдельных наборов возбуждающих клеток, в то же время — другие сосредоточены исключительно на одном типе клеток.

Этот сложный механизм сдерживания и контрсдерживания раскрывает неизвестный до этого баланс координации нейронов в процессах обработки информации. Кроме раскрытия архитектуры мышления, это исследование может открыть новые возможности для диагностики и лечения связанных с мозгом расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, аутизм и шизофрения.