V tejto neuveriteľnej sérii mozgových máp si teraz môžete vizualizovať jednotlivé neuróny, ktoré vystreľujú a kľukatia cez mozog.
3D mapy, ktoré vytvorili výskumníci z Janelia Research Campus v Howard Hughes Medical Institute, predstavujú najrozsiahlejšiu sieť mozgovej kabeláže, aká bola kedy vytvorená.
Okrem toho, že nás tieto mapy učia viac o štruktúre mozgu, môžu konečne pomôcť odhaliť niektoré tajomstvá pamäti, chuti, dotyku a ďalších tajomstiev u myší a ľudí.
Prejdite nadol, aby ste videli, ako sa neuróny spúšťajú v 3D, alebo navštívte stránku MouseLight NeuronBrowser preskúmať konkrétne oblasti mozgu
Predchádzajúce pokusy o sledovanie dráh jednotlivých neurónov boli obmedzené – mapovanie približne tuctu neurónov naraz – pretože tento proces zahŕňa analýzu miliónov obrázkov pre každý neurón.
Pozri súvisiace
Presnejšie povedané, vedci musia rozsvietiť neuróny v mozgu, nakrájať ho na tenké pláty, obrázok listy mikroskopom a potom zvýraznite jednotlivé neuróny medzi miliónmi obrázkov zhromaždené. Doladením každého kroku tohto procesu to dokázali vedci z Janelia Research Campus rekonštruovať celý tvar a polohu viac ako 300 zo zhruba 70 miliónov neurónov v myši mozog.
To zahŕňalo injekciu myšacích mozgov s vírusom, ktorý zvýrazní niekoľko desiatok neurónov. Tím potom „vyčistil“ mozog, aby pomohol svetlu preniknúť do tkaniva predtým, ako špičkový svetelný mikroskop zasiahne mozog pulzmi svetla. Tieto impulzy zvýraznili neuróny a použili sa na oholenie 200-mikrometrových mozgových rezov vibračnou žiletkou. Celý proces sa potom opakoval, kým sa nezískal obraz celého mozgu.
Každý mozog vyprodukoval približne 20 terabajtov údajov – približne úložný priestor 4 000 diskov DVD – predtým, ako sa použili algoritmy na spojenie obrázkov. Tím siedmich vyškolených jednotlivcov potom prehľadal výsledný súbor údajov, aby digitálne rozmotal jednotlivé neuróny.
„Títo ľudia sledujú neuróny na plný úväzok; ich úsilie a softvér, ktorý používajú, sú rozhodujúce pre vysokokvalitnú tvorbu máp,“ povedal neurológ Nelson Spruston, hlavný riaditeľ vedeckých programov v spoločnosti Janelia.
„Pred dvoma rokmi by každý človek potreboval týždeň alebo dva na sledovanie dráhy neurónu cez mozog. V súčasnosti môže každý člen tímu pomocou algoritmov a softvéru na sledovanie neurónov vyvinutých spoločnosťami MouseLight a Janelia’s Scientific Computing group sledovať zhruba jeden neurón denne.
Práca je významná, pretože vieme veľmi málo, relatívne, o tom, ako neuróny prenášajú správy cez mozog. Neuróny sú zvyčajne zobrazené ako „smažené vajcia s chvostmi“ a prostredníctvom nich posielajú správy chvosty, známe ako axóny, susedné neuróny prijímajú správy prostredníctvom rozvetvených úponkov tzv dendrity. Tento pohľad je však do značnej miery zjednodušený a je potrebných viac údajov, aby sme presne vedeli, ako sa tieto správy odosielajú, prijímajú a čo môže spôsobiť degradáciu týchto sietí.
Na základe analýzy týchto 300 neurónov výskumníci už zistili, že neuróny sú často oveľa ďalekosiahlejšie a prepojené, ako si kedysi mysleli. Napríklad axóny jednotlivých neurónov v talame sa často rozvetvujú do neočakávaných kombinácií kortikálnych oblastí, ako sú tie, ktoré sa podieľajú na chuti, dotyku a pohybe.
Podobne v subikule, oblasti spojenej s učením a pamäťou, neuróny takmer vždy siahajú na niekoľko rôznych miest. Jeden neurón, ktorý výskumníci vystopovali, prebehol rozptylom cez mozgovú kôru a vyslal dlhé, rozvetvené axóny, ktoré sa rozbehli cez obe hemisféry ako „explózia ohňostroja“. Pochopením toho, ako sú tieto neuróny spojené, výskumníci nielen odomykajú tajomstvá o tom, ako sa tvoria spomienky mohli by tiež odhaliť, prečo niektorí ľudia chutia jedlo inak ako ostatní a ako môžu choroby, ako je Alzheimerova choroba, ovplyvniť mozog funkciu.
"Tristo neurónov je len začiatok," povedal neurológ Jayaram Chandrashekar, ktorý vedie Janelia MouseLight tím. Spolu s kolegami očakáva, že v najbližších mesiacoch vystopujú stovky ďalších neurónov.
Neurovedkyňa Eve Marder z Brandeis University a členka Janelia dodala: „Vedeli sme, že rôzne oblasti mozgu spolu hovoria, ale vidieť to v 3-D je iné. Výsledky sú také ohromujúce, pretože vám poskytujú skutočne jasný pohľad na to, ako je prepojený celý mozog.“
Tím oznámil vydanie svojho aktuálneho súboru údajov a analytického nástroja s názvom MouseLight NeuronBrowser, dňa 13. novembra 2017 na výročnom stretnutí Society for Neuroscience vo Washingtone, D.C.
Obrázky/Video: Janelia Research Campus, projektový tím MouseLight
