Со помош на честичка од мозок на глушец, со големина на зрно песок, научниците ја создадоа првата точна, тродимензионална мапа на мозокот на цицач.
Оваа мапа детално ги опишува обликот, функцијата и активноста на 84.000 неврони – разгранети структури кои пренесуваат пораки преку долгата „рака“ наречена аксон, а потоа преку повеќе од 500 милиони „синапси“, и вклучува 200.000 други мозочни клетки.
Малото парче ткиво содржеше 5,4 километри невронски врски – речиси еден и пол пати повеќе од должината на Централ Парк во Њујорк.
Овој труд е кулминација на речиси една деценија истражување на 150 научници од 22 институции, предводени од Институтот Ален за наука за мозокот, Медицинскиот колеџ Бејлор и Универзитетот Принстон, пишува Си-Ен-Ен .
„Еден од несаканите ефекти на овој проект е тоа што ни покажува колку е неверојатно убав мозокот“, вели д-р Форест Колман, вонреден директор за податоци и технологија во Институтот Ален, во видеото што го дистрибуира организацијата.
„Само со гледање на овие неврони, можете да ги видите нивните детали и големина на начин што ве тера да го цените мозокот со чувство на чудење, исто како кога гледате фотографија од галаксија далеку, далеку“, додаде тој.
Оваа извонредна мапа претставува само 1/500 од целосниот волумен на мозокот на глувчето, но сепак тимот заврши со 1,6 петабајти податоци – неверојатна количина што е еднаква на 22 години непрекинато HD видео.
Проектот, познат како Машинска интелигенција од кортикални мрежи (MICrONS), ги објави овие податоци јавни.
Истражувачите ја опишаа оваа работа во неколку написи објавени во списанието Nature на 9 април.
Градење активност на мозокот
За да ја изградат мапата, научниците од Медицинскиот колеџ Бејлор во Хјустон, САД, започнаа со користење на специјализирани микроскопи за снимање на мозочната активност во парче ткиво од 1 кубен милиметар во визуелниот кортекс на лабораториски глушец – каде животното го обработува она што го гледа – во текот на неколку дена.
Истражувачите се погрижија стаорецот да биде буден и да добива визуелни дразби за време на снимањето со тоа што го пуштија да трча на лента за трчање и да гледа сцени од 10 секунди од различни филмови, вклучувајќи ги „Матрикс“ и „Лудиот Макс: Патот на бесот“. Според соопштението на Универзитетот Принстон, клипови на YouTube со екстремни спортови како што се мотокрос, луге и BASE jumping беа исто така дел од ротацијата на видеото.
Потоа, откако глушецот беше еутанизиран, истражувачите од институтот Ален во Сиетл зеле ист кубен милиметар мозок и го пресекле на повеќе од 28.000 слоеви, секој 1/400 од дебелината на човечко влакно, фотографирајќи го секој слој во процесот. Тие потоа ги реконструирале сликите во еден композит.
„Ова ни требаше околу 12 дена и 12 ноќи со тимот кој работи во смени 24 часа на ден; не затоа што ги сечевме рачно, туку тоа беше автоматска машина“, рече д-р Нуно Мачарико да Коста, научен соработник во Институтот Ален.
„Моравме да бидеме таму за да го запреме автомобилот во секој момент, ако мислиме дека ќе изгубиме повеќе од едно парче по ред. Ако тоа се случи“, рече да Коста, „експериментот ќе треба да започне одново, додавајќи дека целиот процес бил многу стресен“.
Тим од Универзитетот Принстон во Њу Џерси потоа користеше алатки за машинско учење и вештачка интелигенција за да го следи секој неврон низ слоевите на ткивото, обоувајќи ги невроните така што тие да светат поединечно – процес наречен сегментација. Информациите генерирани од вештачката интелигенција се проверуваат и проверуваат од вклучените научници, процес кој се уште е во тек.
Оваа работа кулминираше со унифициран поглед на она што научниците го нарекуваат „конектом“ на мозокот на глувчето – мапа што покажува како се организирани одредени делови од мозокот на глувчето и дава увид во тоа како различни типови клетки работат заедно.
„Конектомот е почеток на дигиталната трансформација на науката за мозокот“, рече д-р Себастијан Сеунг, Евнин професор по невронаука на Универзитетот Принстон и професор по компјутерски науки.
„Со само неколку притискања на копчињата, можете да пребарувате информации и да добивате резултати за неколку секунди. Некои од тие податоци некогаш бараа цела докторска теза да се соберат. А тоа е моќта на дигиталната трансформација“, рече тој во соопштението за печатот.
Невозможен предизвик?
Мапирањето на мозокот на овој начин долго време се сметаше за невозможен предизвик. Молекуларниот биолог Френсис Крик, добитник на Нобеловата награда за опишување на структурата на ДНК, сугерираше дека невронаучниците никогаш нема да можат да постигнат толку детално разбирање на мозокот.
„Нема смисла да се бара невозможното, како што е точниот дијаграм за поврзување на кубен милиметар мозочно ткиво и како палат сите негови неврони“, напиша тој во Scientific American во 1979 година.
„Конектом“ на мозокот на глувчето се надоврзува на слична работа направена кај уште помали суштества: конектомот на нематодниот црв C. elegans беше завршен во 2019 година, а научниците објавија мапа на сите неврони на мозокот на мушичката во 2024 година.
Еден кубен милиметар од мозокот на глувчето е околу 20 пати поголем од целосниот мозок на мушичка и многу покомплексен, велат истражувачите. Сепак, целта е да се постигне мапирање на целиот конектом на мозокот на глувчето во блиска иднина.
„Мислам дека во моментов одговорот е не, тоа не е изводливо, но мислам дека сите имаат многу јасни идеи за тоа како може да се надминат овие пречки. Се надеваме дека за три или четири години ќе можеме да кажеме: да, тоа е можно“, изјави Колман за CNN.
Сепак, тој додаде дека мапирањето на конектомот на човечкиот мозок со иста синаптичка прецизност ќе биде многу потежок потфат. „Човечкиот мозок е околу 1.500 пати поголем од оној на глувчето, а тоа претставува голем број на пречки… технички и етички за да се оствари“, рече тој.
Сепак, можеби е можно да се следат аксоните низ човечкиот мозок, дури и ако не се синаптичките врски, додаде д-р Клеј Рид, постар истражувач во областа на науката за мозокот во Институтот Ален.
„Способноста да се реконструира целиот човечки мозок на ниво на сите врски… тоа е нешто за многу далечна иднина“, додаде тој.
Нов начин за проучување на Алцхајмеровата болест
Неокортексот е особено интересен за проучување бидејќи овој дел од мозокот е она што го разликува мозокот на цицачите од оној на другите ‘рбетници, велат д-р Мариела Петкова, истражувач и д-р Грегор Шукнехт, постдокторски истражувач, и на одделот за молекуларна и клеточна биологија на Универзитетот Харвард. Петкова и Шукнехт не биле вклучени во креирањето на мапата на мозокот на глувчето.
„Истражувачите се фокусираа на овој регион затоа што генерално се смета за центар на високото сознание и игра клучна улога во сетилната перцепција, обработката на јазикот, планирањето и донесувањето одлуки“, напишаа тие во написот објавен покрај студијата.
„Извонредно е што овие функции, иако значително различни, се овозможени со градежен план што е пронајден, со некои варијации, во сите кортикални области и кај сите цицачи“, додаваат тие.
Лабораториските глувци веќе се широко користени за разбирање на човечките болести, а подоброто разбирање на формата и функцијата на мозокот на глувчето ќе понуди нови можности за проучување на нарушувањата на човечкиот мозок како што се Алцхајмерова болест, Паркинсонова болест, аутизам и шизофренија, кои се поврзани со нарушувања во невралната комуникација.
„Ако имате расипано радио и го имате дијаграмот за поврзување, ќе бидете во подобра позиција да го поправите“, рече да Коста во соопштението за печатот.
„Опишуваме еден вид мапа на Google или план за градење на ова зрно песок. Во иднина, можеме да го користиме ова за да ги споредиме мозочните врски кај здрав глушец со оние во модел на болест“, тврди тој.