Tässä uskomattomassa aivokarttojen sarjassa voit nyt visualisoida yksittäisten hermosolujen ampuvan ja siksakkivan aivojen poikki.
Howard Hughes Medical Instituten Janelia Research Campuksen tutkijoiden luomat 3D-kartat edustavat laajinta koskaan tehtyä aivojohdotusverkostoa.
Sen lisäksi, että nämä kartat opettavat meille enemmän aivojen rakenteesta, ne voisivat vihdoin auttaa paljastamaan joitakin muistin, maun, kosketuksen ja muiden salaisuuksia hiirillä ja ihmisillä.
Vieritä alas nähdäksesi hermosolujen laukeamisen 3D-muodossa tai käy osoitteessa MouseLight NeuronBrowser tutkia tiettyjä aivoalueita
Aiemmat yritykset jäljittää yksittäisten hermosolujen polkuja ovat olleet rajallisia – kartoitettiin noin tusinaa neuronia kerrallaan – koska prosessiin kuuluu miljoonien kuvien analysointi jokaisesta hermosolusta.
Katso aiheeseen liittyvä
Erityisesti tutkijoiden on valaistava aivojen sisällä olevat neuronit, leikattava ne ohuiksi levyiksi, kuva arkit mikroskoopilla ja korosta sitten yksittäiset neuronit miljoonien kuvien joukosta kerätty. Hienosäätämällä tämän prosessin jokaista vaihetta Janelia Research Campuksen tutkijat pystyivät rekonstruoida yli 300:n koko muoto ja sijainti hiiren noin 70 miljoonasta neuronista aivot.
Tämä sisälsi hiiren aivoihin injektoinnin viruksella, joka korostaa muutamia kymmeniä hermosoluja. Tämän jälkeen ryhmä "puhdisti" aivot auttaakseen valoa tunkeutumaan kudokseen, ennen kuin huipputekninen valomikroskooppi osui aivoihin valopulsseilla. Nämä pulssit korostivat hermosoluja, ja niitä käytettiin 200 mikrometrin aivoviipaleiden ajeluun värisevällä partakoneen terällä. Koko prosessi toistettiin sitten, kunnes koko aivot kuvattiin.
Jokainen aivot tuottivat noin 20 teratavua dataa – noin 4 000 DVD: n tallennustilasta – ennen kuin algoritmeja käytettiin kuvien yhdistämiseen. Seitsemän koulutetun henkilön ryhmä tutki sitten saadun tietojoukon yksittäisten hermosolujen erottamiseksi digitaalisesti.
"Nämä ihmiset ovat kokopäiväisiä hermosolujen jäljittäjiä; Heidän ponnistelunsa ja heidän käyttämänsä ohjelmistot ovat kriittisiä korkealaatuisen kartan tekemisen kannalta”, sanoi neurotieteilijä Nelson Spruston, Janelian tieteellisten ohjelmien vanhempi johtaja.
"Kaksi vuotta sitten jokainen ihminen olisi tarvinnut viikon tai kaksi seuratakseen hermosolujen reittiä aivojen läpi. Nykyään MouseLightin ja Janelia's Scientific Computing -ryhmän kehittämien hermosolujen jäljitysalgoritmien ja ohjelmistojen avulla jokainen tiimin jäsen voi seurata suunnilleen yhtä neuronia päivässä.
Työ on merkittävä, koska tiedämme suhteellisen vähän siitä, kuinka hermosolut välittävät viestejä aivojen läpi. Tyypillisesti neuronit kuvataan "paistettuina munina, joissa on häntää" ja kun ne lähettävät viestejä näiden kautta. hännät, jotka tunnetaan aksoneina, viereiset hermosolut poimivat viestit haarautuvien jänteiden kautta. dendriitit. Tämä näkemys on kuitenkin suurelta osin liian yksinkertaistettu, ja tarvitaan lisää tietoa, jotta tiedetään tarkalleen, kuinka nämä viestit lähetetään, vastaanotetaan ja mikä voi aiheuttaa näiden verkkojen heikkenemisen.
Näiden 300 hermosolujen analyysin perusteella tutkijat ovat jo havainneet, että neuronit ovat usein paljon kauaskantoisempia ja yhteydessä olevampia kuin koskaan uskottiin. Esimerkiksi talamuksen yksittäisten hermosolujen aksonit haarautuvat usein odottamattomiksi aivokuoren alueiden yhdistelmiksi, kuten makuun, kosketukseen ja liikkeisiin.
Samoin subiculumissa, alueella, joka liittyy oppimiseen ja muistiin, hermosolut ulottuvat melkein aina muutamaan eri paikkaan. Yksi tutkijoiden jäljittämä neuroni kulki aivokuoren poikki, lähettäen pitkiä, haarautuvia aksoneja, jotka kiertyivät molempien pallonpuoliskojen poikki "ilotulitusräjähdyksenä". Ymmärtämällä, kuinka nämä neuronit liittyvät toisiinsa, tutkijat eivät ainoastaan paljasta salaisuuksia siitä, kuinka muistot muodostuvat Ne voivat esimerkiksi paljastaa, miksi jotkut ihmiset maistuvat eri tavalla kuin toiset ja kuinka sairaudet, kuten Alzheimerin tauti, voivat vaikuttaa aivoihin toiminto.
"Kolmesataa neuronia on vasta alkua", sanoi neurotieteilijä Jayaram Chandrashekar, joka johtaa Janeliaa. MouseLight tiimi. Hän ja kollegat odottavat jäljittävänsä satoja lisää hermosoluja tulevina kuukausina.
Neurotieteilijä Eve Marder Brandeisin yliopistosta ja Janelia-jäsen lisäsivät: "Tiesimme, että aivojen eri alueet puhuivat keskenään, mutta sen näkeminen kolmiulotteisena on erilaista. Tulokset ovat niin upeita, koska ne antavat sinulle todella selkeän kuvan siitä, kuinka koko aivot ovat yhteydessä toisiinsa.
Tiimi raportoi nykyisen tietojoukonsa ja analyysityökalun julkaisemisesta MouseLight NeuronBrowser, 13. marraskuuta 2017 Society for Neuroscience -kokouksessa Washingtonissa, D.C.
Kuvat/video: Janelia Research Campus, MouseLight-projektiryhmä
