Mokslininkai, naudodami pelę, kuriai buvo rodomi filmo „Matrica“ fragmentai, sudarė iki šiol išsamiausią funkcinį smegenų žemėlapį, kuriame užfiksuoti 84 000 neuronų ryšiai perduodant signalus.
Taps lengviau suprasti smegenų veiklą
Mokslininkai ištyrę pelės smegenų fragmentą, maždaug aguonos grūdo dydžio, nustatė neuronus ir atsekė jų ryšių kelius, kurie išsidėstę šakotomis skaidulomis per 500 milijonų jungčių, vadinamų sinapsėmis.
Balandžio 9 d. paskelbtas išsamus duomenų rinkinys yra pažanga siekiant suprasti sudėtingą smegenų veiklą.
Duomenys pateikiami 3D rekonstrukcijoje su spalvotomis smegenų grandinėmis ir yra prieinami viso pasaulio mokslininkams tolesniam tyrimui, taip pat tiems, kurie jais domisi apskritai.
„Tai neabejotinai kelia baimės jausmą, kaip ir žiūrint į galaktikų nuotraukas. Jūs suvokiate, kokie sudėtingi esate.
Mes žiūrime į vieną mažytę… pelės smegenų dalį, o grožį ir sudėtingumą galite pamatyti šiuose tikruose neuronuose ir šimtuose milijonų jungčių tarp jų“, – sakė Forrestas Collmanas iš Alleno smegenų mokslo instituto Sietle, vienas iš pagrindinių projekto tyrėjų.
Tai, kaip mąstome, jaučiame, matome, kalbame ir judame, priklauso nuo neuronų, arba nervinių ląstelių, esančių smegenyse – nuo to, kaip jos suaktyvėja ir siunčia viena kitai pranešimus.
Iki šiol buvo mažai žinoma apie neuronų tinklus
Mokslininkai jau seniai žino, kad šie signalai iš vieno neurono juda skaidulomis, vadinamomis aksonais ir dendritais, sinapsėmis pereina į kitą neuroną. Tačiau mažiau žinoma apie neuronų tinklus, kurie atlieka tam tikras užduotis, ir apie tai, kaip šių tinklų sutrikimai gali būti svarbūs sergant Alzheimerio liga, autizmu ar kitais sutrikimais.
„Galite kelti tūkstančius hipotezių apie tai, kaip smegenų ląstelės gali atlikti savo darbą, bet negalite jų patikrinti, jei nežinote bene svarbiausio dalyko – kaip tos ląstelės sujungtos tarpusavyje“, – sakė Alleno instituto mokslininkas Clay’us Reidas, kuris padėjo elektroninės mikroskopijos pradininkui tirti nervų jungtis.
Vykdydama naująjį projektą, pasaulinė daugiau nei 150 tyrėjų komanda sudarė nervinių jungčių žemėlapį, kurį Collmanas lygina su painiais spagečių gabalėliais, vingiuojančiais per pelės smegenų dalį, atsakingą už regėjimą.
Kaip vyko tyrimas su pele?
Pirmasis mokslininkų žingsnis buvo parodyti pelei mokslinės fantastikos filmų, sporto, animacijos ir gamtos vaizdo įrašų ištraukas.
Bayloro medicinos koledžo komanda panaudojo pelę, kuriai buvo sukurtas genas, priverčiantis jos neuronus švytėti, kai jie yra aktyvūs. Tyrėjai lazeriniu mikroskopu fiksavo, kaip atskiros gyvūno regos žievės ląstelės šviečia, kai jos apdoroja blyksinčius vaizdus.
Po to Alleno instituto mokslininkai išanalizavo šį mažą smegenų audinio gabalėlį, naudodami specialų įrankį jį nuskuto į daugiau nei 25 000 sluoksnių, kurių kiekvienas buvo daug plonesnis už žmogaus plauką.
Elektroniniais mikroskopais jie padarė beveik 100 milijonų didelės raiškos šių sluoksnių vaizdų, nušviesdami į spagečius panašius pluoštus ir kruopščiai surinkdami duomenis 3D formatu.
Galiausiai Prinstono universiteto mokslininkai pasitelkė dirbtinį intelektą, kad atsektų visus šiuos tinklus ir nudažytų kiekvieną atskirą laidelį skirtinga spalva tam, jog galėtų juos identifikuoti atskirai.
Jie apskaičiavo, kad išklojus mikroskopinius laidelius, jų ilgis siektų daugiau kaip 5 kilometrus. Svarbu tai, kad visą šią anatomiją sugretinę su pelės smegenų veikla, kai ji žiūrėjo filmus, tyrėjai galėjo atsekti, kaip veikia grandinė.
Prinstono tyrėjai taip pat sukūrė skaitmenines 3D duomenų kopijas, kurias kiti mokslininkai gali naudoti rengdami naujus tyrimus.
Ar tai padės atrasti smegenų gydymo būdus?
Kyla klausimas, ar toks žemėlapių sudarymas galėtų padėti mokslininkams galiausiai rasti smegenų ligų gydymo būdus?
Tyrėjai tai vadina pamatiniu žingsniu, panašiai kaip „Žmogaus genomo projektas“, kurio metu buvo sudaryti pirmieji genų žemėlapiai, galiausiai paskatino genų pagrindu sukurtus gydymo būdus. Kitas tikslas – kartografuoti visas pelės smegenis.
„Šio projekto metu sukurtos technologijos suteiks mums pirmąją galimybę iš tikrųjų nustatyti tam tikrą nenormalų ryšio modelį, dėl kurio atsiranda sutrikimas“, – pareiškime teigė vienas iš pagrindinių projekto tyrėjų, Prinstono neurologas ir informatikas Sebastianas Seungas.
Šis darbas „žymi didelį šuolį į priekį ir yra neįkainojamas bendruomenės šaltinis būsimiems atradimams“, – rašė projekte nedalyvavę Harvardo neurologai Mariela Petkova ir Gregoras Schuhknecht.
Jie pridūrė, kad didžiuliai ir viešai prieinami duomenys „padės atskleisti sudėtingus neuroninius tinklus, kuriais grindžiamas pažinimas ir elgesys“.
