Επιστήμονες δημιούργησαν το μεγαλύτερο και πιο λεπτομερές διάγραμμα καλωδίωσης εγκεφάλου θηλαστικού μέχρι σήμερα, χρησιμοποιώντας ιστό από ένα τμήμα του εγκεφαλικού φλοιού ενός ποντικού, που εμπλέκεται στην όραση. Χρησιμοποιώντας προηγμένη μικροσκοπία, τεχνητή νοημοσύνη και 3D ανακατασκευή, μια επιστημονική ομάδα που αποτελείται από 150 νευροεπιστήμονες και ερευνητές, κατέγραψε πάνω από 200.000 κύτταρα και 500 εκατομμύρια νευρωνικά σημεία σύνδεσης που ονομάζονται συνάψεις.
Το έργο Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS) αποκάλυψε νέες αρχές οργάνωσης του εγκεφάλου, όπως συμπεριφορές ανασταλτικών κυττάρων και συντονισμό σε επίπεδο δικτύου. Αυτό το επίτευγμα παρέχει ένα θεμελιώδες εργαλείο για την κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου, της νοημοσύνης και των νευρολογικών διαταραχών.
«Οι πρόοδοι του MICrONS που δημοσιεύθηκαν σε αυτό το ειδικό τεύχος του Nature αποτελούν μια σημείο καμπής για τη νευροεπιστήμη, συγκρίσιμη με το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος ως προς τις μετασχηματιστικές δυνατότητές τους», δήλωσε ο Ντέιβιντ Μάρκοβιτς, συντονιστής του έργου.
Επιστήμονες από το Baylor College of Medicine χρησιμοποίησαν εξειδικευμένα μικροσκόπια για να καταγράψουν την εγκεφαλική δραστηριότητα από ένα τμήμα του οπτικού φλοιού ενός ποντικιού μεγέθους ενός κυβικού χιλιοστού, καθώς το ζώο παρακολουθούσε διάφορες ταινίες και κλιπ από το YouTube.
Στη συνέχεια, ερευνητές του Ινστιτούτου Allen πήραν το ίδιο κυβικό χιλιοστό του εγκεφάλου και το τεμάχισαν σε περισσότερα από 25.000 στρώματα, καθένα από τα οποία είχε πλάτος 1/400 της ανθρώπινης τρίχας, και χρησιμοποίησαν διάφορα ηλεκτρονικά μικροσκόπια για να τραβήξουν φωτογραφίες υψηλής ανάλυσης από κάθε στρώμα. Μια άλλη ομάδα του Πανεπιστημίου Πρίνστον χρησιμοποίησε τεχνητή νοημοσύνη και μηχανική μάθηση για να ανακατασκευάσει τα κύτταρα και τις συνάψεις σε έναν τρισδιάστατο όγκο.
Σε συνδυασμό με τις καταγραφές της εγκεφαλικής δραστηριότητας, ο τρισδιάστατος χάρτης υψηλής ανάλυσης περιέχει περισσότερα από 200.000 εγκεφαλικά κύτταρα, από τα οποία 82.000 είναι νευρώνες. Περιλαμβάνει επίσης 523 εκατομμύρια συνάψεις και περισσότερα από 4 χιλιόμετρα νευρωνικής καλωδίωσης.
«Μέσα σε αυτό το μικροσκοπικό στίγμα υπάρχει μια ολόκληρη αρχιτεκτονική σαν ένα εξαίσιο δάσος», δήλωσε ο Κλέι Ρέιντ, επικεφαλής ερευνητής και ένας από τους πρώτους θεμελιωτές της ηλεκτρονικής μικροσκοπικής connectomics που έφερε αυτόν τον τομέα της επιστήμης στο Ινστιτούτο Allen πριν από 13 χρόνια.
Μια νέα ματιά στη λειτουργία και την οργάνωση του εγκεφάλου
Τα ευρήματα των μελετών αποκαλύπτουν νέους κυτταρικούς τύπους, χαρακτηριστικά, οργανωτικές και λειτουργικές αρχές και έναν νέο τρόπο ταξινόμησης των κυττάρων. Ένα από τα πιο εκπληκτικά ευρήματα ήταν η ανακάλυψη μιας νέας αρχής αναστολής εντός του εγκέφαλου. Μέχρι πρότινος, οι επιστήμονες θεωρούσαν τα ανασταλτικά κύτταρα – αυτά που περιορίζουν τη νευρική δραστηριότητα – ως μια απλή δύναμη που «εξουδετερώνει» τη δράση άλλων κυττάρων. Ωστόσο, ανακάλυψαν ένα πολύ πιο εξελιγμένο επίπεδο επικοινωνίας. Συγκεκριμένα, διαπίστωσαν πως τα ανασταλτικά κύτταρα είναι εξαιρετικά επιλεκτικά ως προς το ποια διεγερτικά κύτταρα στοχεύουν, δημιουργώντας ένα σύστημα συντονισμού και συνεργασίας σε επίπεδο δικτύου. Ορισμένα ανασταλτικά κύτταρα συνεργάζονται, καταστέλλοντας πολλαπλά διεγερτικά κύτταρα, ενώ άλλα είναι πιο ακριβή, στοχεύοντας μόνο σε συγκεκριμένους τύπους.
«Αυτό είναι το μέλλον από πολλές απόψεις», εξήγησε ο Έλληνας ερευνητής Ανδρέας Τόλιας, ένας από τους επικεφαλής επιστήμονες που εργάστηκαν σε αυτό το έργο τόσο στο Baylor College of Medicine όσο και στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ.
«Το MICrONS θα σταθεί ως ορόσημο όπου θα δημιουργήσουμε μοντέλα θεμελίωσης του εγκεφάλου που θα καλύπτουν πολλά επίπεδα ανάλυσης, ξεκινώντας από το επίπεδο της συμπεριφοράς έως το επίπεδο αναπαράστασης της νευρικής δραστηριότητας και ακόμη και το μοριακό επίπεδο» σημείωσε.
Η κατανόηση της μορφής και της λειτουργίας του εγκεφάλου και η δυνατότητα ανάλυσης των λεπτομερών συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων σε πρωτοφανή κλίμακα ανοίγει νέους δρόμους στη μελέτη του εγκεφάλου και της νοημοσύνης.
ΠΗΓΗ: Neuroscience News
