Iedomājieties, ka skatāties uz visas pilsētas sarežģīto un skaisto karti, bet pilsēta patiesībā ir smadzenes. Izklausās lieliski, vai ne? Nu, zinātnieki tagad to ir padarījuši par realitāti.
Eksperti ir izveidojuši pirmo vadu shēmu jeb “neironu tīklu” katram pieauguša cilvēka smadzeņu neironam, kā arī 50 miljonus savienojumu starp tiem, iezīmējot pagrieziena punktu neirozinātnes jomā.
Pilnīga smadzeņu elektroinstalācijas shēma
Šis projekts bija iespējams, pateicoties FlyWire Consortium, lielai starptautiskai sadarbībai, kurā piedalījās zinātnieki no visas pasaules MRC Molekulārās bioloģijas laboratorija Kembridžā, Prinstonas Universitātē, Vērmontas Universitātē un Prinstonas Universitātē Kembridžas Universitāte.
Pētījums, kas publicēts žurnālā dabuSniedz pirmo pilnīgo savienojamības diagrammu par visiem 139 255 neironiem pieaugušas mušas smadzenēs – dzīvnieka, kas spēj staigāt un redzēt.
Iepriekšējie pētījumi ir kartējuši mazākas smadzeņu sistēmas, piemēram, augļu mušas kāpuru, kas satur 3016 neironus, vai nematodes tārpu, kurā ir 302 neironi.
Tomēr pašreizējais pētījums atklāj jaunu pamatu, nodrošinot pilna mēroga sarežģītāka organisma neironu karti.
Cilvēka smadzenes pret mušu smadzenēm
Katra pieaugušā augļmušas smadzeņu neirona kartēšana ir galvenais solis, lai izprastu, kā smadzenes, tostarp mūsu, darbojas.
Augļu mušai ir aptuveni 140 000 neironu, kas ir neliels skaits salīdzinājumā ar 86 miljardiem neironu cilvēka smadzenēs, kas padara to daudz vieglāk pētāmu.
Zinātnieki var ātri audzēt un modificēt augļu mušas, ļaujot tām manipulēt ar ģenētiku un redzēt, kā izmaiņas ietekmē nervu ķēdes un uzvedību.
Šī vienkāršība palīdz pētniekiem atklāt smadzeņu darbības pamatprincipus, neiegrimstot pārāk lielā sarežģītībā.
Smadzeņu kartes sniedz ieskatu cilvēka smadzenēs
Interesanti, ka daudzi bioloģiskie procesi augļu mušās ir ļoti līdzīgi cilvēkiem. Gēni un ceļi, kas kontrolē smadzeņu attīstību, neironu savienojumus un mācīšanos, bieži tiek saglabāti dažādās sugās.
Kartējot augļu mušu smadzenes, zinātnieki var uzzināt, kā šie procesi darbojas vienkāršākā sistēmā, un pēc tam izmantot šos ieskatus sarežģītākām smadzenēm.
Turklāt izpratne par to, kā mušu neironi sazinās, atklāj vispārīgus neironu ķēžu organizācijas un uzvedības modeļus, kas var palīdzēt mums izprast arī cilvēku uzvedību un kognitīvās funkcijas.
Visbeidzot, rīki un metodes, kas izstrādātas, lai kartētu Drosophila smadzenes, ir pavērušas ceļu sasniegumiem neirozinātnes pētījumos. Inovācijas attēlveidošanā, ģenētiskajā manipulācijā un datu analīzē no Drosophila pētījumiem var pielāgot, lai pētītu sarežģītākas smadzenes, tostarp mūsu pašu smadzenes.
Augļu mušu ieskati varētu arī palīdzēt modelēt neiroloģiskās slimības un attīstības traucējumus, izraisot potenciālu cilvēku ārstēšanu.
Pastāvīgi pētījumi neirozinātnēs
Rezultāti sniedz vērtīgu ieskatu smadzeņu struktūrā un funkcijās, sniedzot būtisku salīdzinājumu ar notiekošajiem pētījumiem neirozinātnēs.
“Ja mēs vēlamies saprast, kā darbojas smadzenes, mums ir nepieciešama mehāniska izpratne par to, kā visi neironi sader kopā un ļauj domāt. Lielākajai daļai smadzeņu mums nav ne jausmas, kā šie tīkli darbojas.
Detalizēta mušu smadzeņu karte varētu atbildēt uz daudziem no šiem jautājumiem un atklāt neironu ķēžu sarežģītību.
Smadzeņu elektroinstalācijas līdzības
Viens no ievērojamākajiem pētījuma atklājumiem ir spēcīgā līdzība starp pašreizējo karti un iepriekšējiem, mazāka mēroga centieniem.
Tas ir novedis pie secinājuma, ka atsevišķām smadzenēm ir raksturīgas līdzības to elektroinstalācijā, pretēji uzskatam, ka katras smadzenes ir unikāla struktūra.
Smadzeņu kartēšanas ceļojums
Ceļš uz šo varoņdarbu ietvēra visu mušas smadzeņu, kas ir mazāk nekā milimetru platas, sagriešanu 7000 plānās šķēlēs.
Pēc tam šīs šķēles tika rūpīgi pārbaudītas, izmantojot augstas izšķirtspējas elektronu mikroskopu, lai iegūtu aptuveni 140 000 neironu formas un 50 miljonus savienojumus starp tiem.
Mākslīgā intelekta spēks
Uzdevums analizēt šo milzīgo datu apjomu ir iespējams, izmantojot mašīnmācīšanos, parādot AI tehnoloģijas potenciālu revolucionizēt neirozinātni.
Lai nodrošinātu datu precizitāti, ir nepieciešams aptuveni 33 gadus ilgs korektūras darbs. Neskatoties uz izaicinājumiem, šī stingrā darba rezultāti ir pavēruši ceļu turpmākiem atklājumiem neirozinātnē.
Papildus vienkārši neironu savienojumu izveidošanai pētnieki ņēma vērā arī daudzas elektroinstalācijas shēmas detaļas, piemēram, vairāk nekā 8000 smadzeņu šūnu tipu klasifikāciju.
“Šī datu kopa ir nedaudz līdzīga Google Maps, bet smadzenēm: sākotnējā savienojuma diagramma starp neironiem ir kā zināt, kuras struktūras Zemes satelītattēlos atbilst kurām ielām un ēkām,” skaidroja Dr. Filips Šlēgels, vienas no studijām. studijas.
Smadzeņu funkciju simulēšana
Pētnieku darbs pārsniedz tikai kartēšanu. Viņi arī izmantoja AI attēlu skenēšanas tehnoloģiju, lai prognozētu, vai katra sinapse bija inhibējoša vai ierosinoša, kas ir svarīgs smadzeņu digitālās simulācijas aspekts.
“Izmantojot mūsu datus, kas tika kopīgoti tiešsaistē mūsu darba laikā, citi zinātnieki jau ir sākuši mēģināt atdarināt, kā mušu smadzenes reaģē uz ārpasauli,” sacīja Dr Džefress.
“Šis ir svarīgs sākums, taču mums būs jāapkopo daudz dažādu datu, lai iegūtu ticamu smadzeņu darbības simulāciju.”
Nākotnes pētījumu virzieni
Šis pētījums neapšaubāmi ir mainījis mūsu izpratni par smadzenēm, taču ceļojums nebūt nav beidzies. Virzoties uz priekšu, turpmākajos pētījumos tiks pētītas atšķirības neironu arhitektūrā starp vīriešu un sieviešu mušu smadzenēm.
“Mūsu elektroinstalācijas shēmas visaptverošumam ir lielas priekšrocības smadzeņu izpētē, un tā ļauj veikt daudzu veidu pētījumus, kas iepriekš nebija iespējami, izmantojot mušu smadzeņu daļu elektroinstalācijas shēmas,” atzīmēja pētnieki.
Pētījums ir publicēts žurnālā dabu.
—–
Patīk tas, ko es lasīju? Abonējiet mūsu biļetenu, lai iegūtu aizraujošus rakstus, ekskluzīvu saturu un jaunākos atjauninājumus.
Apmeklējiet mūs EarthSnap — bezmaksas lietotnē, ko jums piedāvā Ēriks Ralls un Earth.com.
—–
