Pierwsza mapa każdego neuronu w mózgu organizmu, który chodzi i widzi. Jest piękna
Wyobraź sobie, że masz w ręku mapę najdrobniejszych uliczek w ogromnym mieście. Dzięki niej możesz zaplanować każdą podróż, znaleźć najszybszą drogę i odkryć ukryte zakamarki. Coś podobnego udało się zrobić naukowcom z FlyWire Consortium. Po latach badań stworzyli pierwszą kompletną mapę mózgu dorosłej muszki owocowej.
Stworzenie mapy mózgu muszki owocowej to ogromne osiągnięcie naukowe. To jak zbudowanie pierwszego teleskopu, który pozwolił nam zajrzeć w głąb kosmosu. Teraz możemy zacząć badać najskrytsze tajemnice naszego umysłu.
Google Maps dla mózgu
Diagram wszystkich 139 255 neuronów w mózgu dorosłej muchy jest pierwszym diagramem całego mózgu zwierzęcia, które może chodzić i widzieć. Poprzednie takie mapowanie dotyczyło znacznie mniejszych mózgów, na przykład larwy muszki owocowej, która ma 3016 neuronów, i nicienia, który ma 302 neurony.
Ten zbiór danych jest trochę jak Google Maps, ale dla mózgu: surowy schemat połączeń między neuronami jest jak wiedza, które struktury na zdjęciach satelitarnych Ziemi odpowiadają ulicom i budynkom. Adnotowanie neuronów jest jak dodawanie nazw ulic i miast, godzin otwarcia sklepów, numerów telefonów i recenzji do mapy – potrzebujesz obu, aby była naprawdę użyteczna
- powiedział dr Philipp Schlegel, z MRC Laboratory of Molecular Biology.
Naukowcy twierdzą, że cała mapa mózgu muchy jest kluczowym, pierwszym krokiem do ukończenia mapy większych mózgów. Ponieważ muszka owocowa jest powszechnym obiektem w badaniach, jej mapa mózgu może być wykorzystana do pogłębienia naszej wiedzy na temat działania obwodów neuronowych u ludzi. Odkrycie opublikowane zostało w prestiżowym Nature.
Więcej o zwierzętach i technologii przeczytasz na Spider's Web:
- Chińczycy hodują rybki w kosmosie. To bardzo ważna wiadomość dla nas wszystkich
- Naukowcy stworzyli muszki owocówki, którym wbudowali hamulec. Wystarczy prosty bodziec
- Sklonował owcę - gigantkę. Zarabiał na myśliwych, którzy na nią polowali
- Napromieniowali zwierzęta, by ocalić zagrożone gatunki. Kłusownicy będą bezradni
Pierwszy krok, do zrozumienia wszystkiego
Jeśli chcemy zrozumieć, jak działa mózg, potrzebujemy zrozumienia, w jaki sposób wszystkie neurony pasują do siebie i pozwalają myśleć.
W przypadku większości mózgów nie mamy pojęcia, jak działają te sieci. Muchy potrafią wykonywać wszelkiego rodzaju skomplikowane rzeczy, takie jak chodzenie, latanie, nawigowanie, a samce śpiewają samicom. Schematy połączeń mózgowych to pierwszy krok do zrozumienia wszystkiego, co nas interesuje - jak kontrolujemy nasze ruchy, odbieramy telefon lub rozpoznajemy przyjaciela
- powiedział jeden z badaczy dr Gregory Jefferis z University of Cambridge.
Potęga współczesnych technologii
Ta mapa mózgu, największa jak dotąd, była możliwa tylko dzięki postępom technicznym, które dziesięć lat temu wydawały się niemożliwe. To prawdziwy dowód na to, w jaki sposób innowacja może napędzać badania. Następnym krokiem będzie wygenerowanie jeszcze większych map, takich jak mózg myszy, a ostatecznie ludzki
- mówi dr Marta Costa z University of Cambridge.
Cały mózg muchy ma mniej niż milimetr szerokości. Naukowcy zaczęli od jednego żeńskiego mózgu pociętego na siedem tysięcy plasterków, każdy o grubości zaledwie 40 nanometrów, które wcześniej zeskanowano za pomocą mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczości.
Analiza ponad 100 terabajtów danych obrazu w celu wyodrębnienia kształtów około 140 000 neuronów i 50 milionów połączeń między nimi jest zbyt dużym wyzwaniem dla ludzi. Naukowcy oparli się na sztucznej inteligencji opracowanej na Uniwersytecie Princeton, aby identyfikować i mapować neurony i ich połączenia ze sobą.
Sztuczna inteligencja wspierana przez ludzi
Jednak sztuczna inteligencja nadal popełnia wiele błędów w zbiorach danych tej wielkości. Naukowcy z Princeton University założyli FlyWire Consortium - grupę składającą się z zespołów z ponad 76 laboratoriów i 287 badaczy z całego świata, a także wolontariuszy - które spędziło szacunkowo 33 osobolata na żmudnej korekcie wszystkich danych.
Mapowanie całego mózgu stało się możliwe dzięki postępom w obliczeniach AI – nie byłoby możliwe ręczne zrekonstruowanie całego schematu połączeń. To pokaz tego, jak AI może posunąć naprzód neuronaukę. Mózg muchy to kamień milowy na drodze do zrekonstruowania schematu połączeń całego mózgu myszy
- mówi dr Sebastian Seung z Princeton University.
Badania przeprowadzono na żeńskim mózgu muchy. Ponieważ istnieją różnice w strukturze neuronowej między mózgami much męskich i żeńskich, naukowcy planują również scharakteryzować męski mózg w przyszłości.
Symulacja funkcji mózgu
Jest to również pierwsza mapa połączeń mózgowych - często nazywana konektomem - pozwalająca przewidzieć funkcjonowanie wszystkich połączeń między neuronami.
Neurony wykorzystują sygnały elektryczne do wysyłania wiadomości. Każdy neuron może mieć setki rozgłęzień, które łączą go z innymi neuronami. Punkty, w których te rozgałęzienia spotykają się i przekazują sygnały między neuronami, nazywane są synapsami.
Istnieją dwa główne sposoby, w jakie neurony komunikują się przez synapsy: pobudzający (który promuje kontynuację sygnału elektrycznego w neuronie odbierającym) lub hamujący (który zmniejsza prawdopodobieństwo, że następny neuron przekaże sygnały).
Naukowcy z zespołu wykorzystali technologię skanowania obrazu z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, aby przewidzieć, czy dana synapsa ma charakter hamujący, czy pobudzający.
To przełomowe odkrycie otwiera nowe drzwi w badaniach nad mózgiem i może przybliżyć nas do zrozumienia funkcjonowania naszego własnego umysłu.
