Целая вселенная нейронов: учёные создали самую подробную карту работающего мозга
NewsMakerДендриты и аксоны — они как звёзды в ночном небе…
Учёные создали самую детальную на сегодняшний день трёхмерную карту активности мозга. Им удалось не только построить подробнейшую схему нейронных связей, но и в первый раз в истории наложить на неё данные о работе отдельных клеток в реальном времени.
Для создания карты группа из более чем 150 специалистов проекта MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) использовала крошечный участок зрительной коры мыши объёмом всего в один кубический миллиметр. В этом микроскопическом фрагменте исследователи обнаружили свыше 200 тысяч клеток мозга, из которых 82 тысячи составили нейроны. Между ними пролегает более четырёх километров нервных волокон, образующих свыше 500 миллионов синапсов - специальных контактов, через которые клетки обмениваются сигналами.
Для сравнения: предыдущая работа подобного масштаба, созданная на основе образца человеческого мозга, включала только 16 тысяч нейронов и 150 миллионов синапсов. Однако главное достижение нового исследования заключается даже не в количественных показателях, а в том, что впервые удалось зафиксировать, как десятки тысяч клеток взаимодействуют друг с другом при обработке зрительной информации.
Процесс создания трёхмерной модели состоял из нескольких этапов. Сначала специалисты в течение двух часов записывали активность почти 76 тысяч нейронов в зрительной коре мыши, пока та смотрела различные видеоролики, включая фрагменты из фильма "Матрица". Затем исследуемый участок мозга разделили на тысячи срезов, толщина каждого из которых составила около четырёхсотой части толщины человеческого волоса.
Полученные образцы сфотографировали и объединили в объёмное изображение (картинка ниже). Для обработки колоссального массива данных потребовались алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения. Они помогли размечать отдельные нервные клетки, их разветвлённые отростки и точки соединения. В завершение исследователи совместили на схеме физическое расположение нейронов с записями их активности.
По словам нейробиолога Гарвардского университета Мариелы Петковой, не участвовавшей в проекте, научному сообществу удалось сделать то, что всегда казалось просто невозможным - наложить схему активности на карту физических связей в столь крупной популяции клеток. Такой масштаб работы не имеет прецедентов в истории нейронауки.
Материалы получились просто ошеломляюще красивыми. Когда смотришь на них, испытываешь такой же трепет перед сложностью мозга, какой охватывает при взгляде на звёзды в ночном небе - так описал результаты нейробиолог Форрест Коллман, один из авторов.
Все материалы проекта уже доступны онлайн для научного сообщества, и другие группы исследователей активно используют их в своих трудах.
Учёные создали самую детальную на сегодняшний день трёхмерную карту активности мозга. Им удалось не только построить подробнейшую схему нейронных связей, но и в первый раз в истории наложить на неё данные о работе отдельных клеток в реальном времени.
Для создания карты группа из более чем 150 специалистов проекта MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) использовала крошечный участок зрительной коры мыши объёмом всего в один кубический миллиметр. В этом микроскопическом фрагменте исследователи обнаружили свыше 200 тысяч клеток мозга, из которых 82 тысячи составили нейроны. Между ними пролегает более четырёх километров нервных волокон, образующих свыше 500 миллионов синапсов - специальных контактов, через которые клетки обмениваются сигналами.
Для сравнения: предыдущая работа подобного масштаба, созданная на основе образца человеческого мозга, включала только 16 тысяч нейронов и 150 миллионов синапсов. Однако главное достижение нового исследования заключается даже не в количественных показателях, а в том, что впервые удалось зафиксировать, как десятки тысяч клеток взаимодействуют друг с другом при обработке зрительной информации.
Процесс создания трёхмерной модели состоял из нескольких этапов. Сначала специалисты в течение двух часов записывали активность почти 76 тысяч нейронов в зрительной коре мыши, пока та смотрела различные видеоролики, включая фрагменты из фильма "Матрица". Затем исследуемый участок мозга разделили на тысячи срезов, толщина каждого из которых составила около четырёхсотой части толщины человеческого волоса.
Полученные образцы сфотографировали и объединили в объёмное изображение (картинка ниже). Для обработки колоссального массива данных потребовались алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения. Они помогли размечать отдельные нервные клетки, их разветвлённые отростки и точки соединения. В завершение исследователи совместили на схеме физическое расположение нейронов с записями их активности.
По словам нейробиолога Гарвардского университета Мариелы Петковой, не участвовавшей в проекте, научному сообществу удалось сделать то, что всегда казалось просто невозможным - наложить схему активности на карту физических связей в столь крупной популяции клеток. Такой масштаб работы не имеет прецедентов в истории нейронауки.
Материалы получились просто ошеломляюще красивыми. Когда смотришь на них, испытываешь такой же трепет перед сложностью мозга, какой охватывает при взгляде на звёзды в ночном небе - так описал результаты нейробиолог Форрест Коллман, один из авторов.
Все материалы проекта уже доступны онлайн для научного сообщества, и другие группы исследователей активно используют их в своих трудах.