211service.com
Smegenų laidų schema
Naujos technologijos, leidžiančios mokslininkams tiksliau nei bet kada anksčiau atsekti smulkius smegenų laidus, netrukus gali sukurti visą smegenų gabalėlio elektros laidų schemą, įskaitant kiekvieną smulkesnį skaidulą ir nedidelę jungtį. Šie žemėlapiai, pavadinti jungtimika, gali atskleisti, kaip neuroniniai tinklai atlieka tikslias savo funkcijas smegenyse, ir atskleisti sutrikimus, kurie, kaip manoma, kyla dėl netinkamų laidų, pavyzdžiui, autizmas ir šizofrenija.
Aksonų analizė: Mokslininkai kuria naujus būdus, kaip ištirti susivėlusį neuronų tinklą smegenyse. Šiame paveikslėlyje parodyta dalinė triušio tinklainės rekonstrukcija. Neuronų projekcijos, jungiančios neuroną su neuronu, yra pažymėtos skirtingomis spalvomis.
Smegenys iš esmės yra kompiuteris, kuris vystymo metu susijungia ir gali persijungti, sakoma Seung Seung , skaičiavimo neurologas iš MIT. Jei turime smegenų laidų schemą, tai gali padėti suprasti, kaip jos veikia. Pavyzdžiui, mokslininkai anksčiau nustatė paukščio giesmininko smegenų dalį, kuri yra svarbi paukščių gebėjimui generuoti giesmes. Seung galiausiai norėtų sukurti šios struktūros laidų schemą, kad išsiaiškintų ypatybes, kuriomis grindžiamas jos unikalus pajėgumas.
Šiuo metu egzistuoja tik viena organizmo laidų schema: mikroskopinio kirmino C. elegans . Nepaisant to, kad jame yra tik 302 neuronai, C. elegans Aštuntajame dešimtmetyje žemėlapių sudarymas užtruko daugiau nei dešimtmetį. Tai buvo neįkainojamas mokslinių tyrimų šaltinis ir jo kūrėjams pelnė Nobelio premiją.
Apskaičiuota, kad žmogaus smegenyse yra 100 milijardų neuronų ir 100 trilijonų sinapsių, todėl sukurti visa apimantį žemėlapį net iš mažos dalies yra nelengva užduotis. Apskaičiuota, kad naudojant standartinius metodus vienos žievės kolonėlės, siauro funkcinio žievės neuronų vieneto, sujungimo schemai sukurti prireiktų maždaug trijų milijardų žmonių metų. Vinfrydas Denkas , Maxo Plancko medicinos tyrimų instituto Heidelberge, Vokietijoje, neurologas.
Multimedija
Žiūrėkite trimatę triušio tinklainės gabalo rekonstrukciją.
Denkas, Seungas ir jų bendradarbiai dabar kuria jautrias naujas vaizdo gavimo technologijas ir mašininio mokymosi algoritmus, kad automatizuotų statybos procesą. Jie jau sukūrė dalinę triušio tinklainės dalies laidų schemą. Tačiau jiems reikės milijonus kartų pagreitinti savo techniką, kad pagaliau į realybės sritį patektų didesni žemėlapiai – pavyzdžiui, žievės stulpelio.
Ankstesnėse pastangos nustatyti smegenų laidus buvo sutelktos į didesnes anatomines ypatybes, tokias kaip stori laidų ruožai, jungiantys skirtingas smegenų dalis, arba pavienių neuronų takai, nudažyti tam tikra spalva, kad būtų galima atskirti juos nuo susipainiojusių daugybės neuronų. kaimynai. Tačiau norint iš tikrųjų suprasti, kaip neuronų tinklas gali atlikti tam tikrą funkciją, mokslininkams reikia naujo tipo žemėlapio. Daugelis smegenų funkcijos savybių yra grandinės lygyje – informacija integruojama, apdorojama, išgaunama, sakoma. Elly Nedivi MIT neuromokslininkas, kuris nedalyvauja tyrime. Norėdami suprasti, ką tai reiškia, turite matyti, kas su kuo jungiasi.
Denkas ir jo kolegos sukūrė naują metodą, leidžiantį sukurti tikslesnius laidų žemėlapius naudojant elektroninę mikroskopiją. Pradėdami nuo mažo smegenų audinio bloko, tyrėjai atmuša elektronus nuo bloko viršaus, kad sukurtų skerspjūvio nervinių skaidulų vaizdą tame pjūvyje. Tada jie nuima labai ploną – 30 nanometrų – gabalą nuo bloko viršaus ir pakartoja procesą. Mokslininkai peržiūri vaizdus po pjūvio, kad atsektų kiekvienos nervinės skaidulos kelią. Pakartokite šį [procesą] tūkstančius kartų ir galėsite pereiti galbūt visas musės smegenis, sako Denkas.
Seungas ir Denkas siekia dramatiškai pagreitinti sekimo procesą, kuriam atlikti reikia vienos absolvento savaitės, naudojant automatinius mašininio mokymosi algoritmus. Tyrėjai naudoja duomenis iš rankiniu būdu sukurtos laidų schemos, kad išmokytų dirbtinį neuroninį tinklą, kad būtų imituojamas žmogaus sekimo procesas. Tada jie gali naudoti gautą algoritmą naujiems smegenų audinio gabalams analizuoti. Iki šiol jiems pavyko pagreitinti procesą maždaug šimtą ar tūkstantį kartų.
Tyrėjai pristatė savo pirmines išvadas sužavėtai miniai Neurologijos draugija susitikimas San Diege anksčiau šį mėnesį. Jie parodė trimatę triušio tinklainės dalies, vadinamos vidiniu plexiforminiu sluoksniu, rekonstrukciją, kuri yra nervinio audinio gabalas akies gale, kuris jaučia šviesą ir siunčia vaizdinę informaciją į smegenis. (Žiūrėkite filmą apie rekonstrukciją čia .) Tačiau turime patobulinti 106 ar daugiau kartų, sako Denkas, kuris apskaičiavo, kad tai sumažintų tris milijardus žmogaus metų, kurių prireiktų žievės kolonai atsekti iki maždaug dvejų metų. Esu įsitikinęs, kad galų gale mums pavyks tai padaryti, sako jis. Bet aš nežinau, kiek tai užtruks – jei pasiseks, gal metus ar daugiau.
Anksčiau šį mėnesį Harvardo mokslininkai aprašė naują gyvų smegenų neuronų atsekimo metodą, pažymint juos iki šimto skirtingų spalvų. (Žr. The Technicolor Brain.) Pradedame galvoti, kad laidų schemos yra esminės, sako Jeffas Lichtmanas, vienas iš mokslininkų, sukūrusių šią techniką.
Tyrėjai teigia, kad šie du metodai greičiausiai papildys vienas kitą ir leis mokslininkams pažvelgti į skirtingų dimensijų neuronines grandines. Galiausiai Seungas siekia sukurti visos musės jungties žemėlapius, taip pat dalines įdomių vietų didesniuose smegenyse, pvz., hipokampo, uoslės lemputės ir tinklainės, laidų schemas.
Kiek tiksliai šviesos šie žemėlapiai išleis į smegenis, vis dar yra šiek tiek prieštaringa. Vien tik žinodami [laidų] duomenis nenuvesime toli, jei jų neįtrauksime į duomenų apdorojimą ir perdavimą smegenyse, sako Davidas van Essenas , Vašingtono universiteto Sent Luiso neurologas ir Neurologijos draugijos prezidentas. Seungas ir kiti galiausiai tikisi sukurti žemėlapius, kuriuose į elektros laidų schemas būtų įtrauktos įvairių ląstelių biocheminės ir fiziologinės savybės.