Το πιο ολοκληρωμένο και μεγαλύτερο διάγραμμα καλωδίωσης νευρώνων σε εγκέφαλο θηλαστικού δημιουργήθηκε από νευροεπιστήμονες στις ΗΠΑ, παρέχοντας πρωτοποριακές γνώσεις για το μυστήριο του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου.
Ο χάρτης που δημιουργήθηκε απεικονίζει ένα κομμάτι του οπτικού φλοιού ενός ποντικιού-που περιέχει περισσότερα από 200.000 κύτταρα-, μικρότερο από έναν κόκκο άμμου, και αναγνωρίζει τη δομή 84.000 νευρώνων που συνδέονται με μισό δισεκατομμύριο συνάψεις και περίπου 5,4 χιλιόμετρα νευρωνικής καλωδίωσης. Η τρισδιάστατη ανακατασκευή του κυβικού χιλιοστού του εγκεφάλου αποκαλύπτει το πώς είναι οργανωμένος ο εγκέφαλος και πώς συνεργάζονται διαφορετικοί τύποι κυττάρων και θα μπορούσε να βοηθήσει στην κατανόηση της νοημοσύνης, της συνείδησης και νευροεκφυλιστικών διαταραχών όπως το Αλτσχάιμερ, το Πάρκινσον, ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια.Οι εξελίξεις είναι «μια στιγμή ορόσημο για τη νευροεπιστήμη, συγκρίσιμη με το Έργο του Ανθρώπινου Γονιδιώματος στο μετασχηματιστικό δυναμικό τους», σύμφωνα με τον Δρα David Markowitz, πρώην διευθυντή προγράμματος του αμερικανικού κυβερνητικού οργανισμού Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA), ο οποίος συντόνισε την εργασία.
Το έργο MICRONS προσπάθησε όχι μόνο να χαρτογραφήσει τη δομή των νευρώνων, αλλά διερεύνησε επίσης την ηλεκτρική σηματοδότηση μεταξύ τους, δείχνοντας πώς επικοινωνούν, παρέχοντας μια καλύτερη εικόνα των κρυφών συνομιλιών στον εγκέφαλο. Η MICRONS, συντομογραφία του Machine Intelligence από Cortical Networks, είναι μια ερευνητική κοινοπραξία στην οποία συμμετέχουν περισσότεροι από 150 επιστήμονες από διάφορα ιδρύματα.Οι επιστήμονες στο Baylor College of Medicine στο Τέξας άρχισαν να χρησιμοποιούν εξειδικευμένα μικροσκόπια για να καταγράφουν την εγκεφαλική δραστηριότητα από την περιοχή στόχο καθώς το ποντίκι παρακολουθούσε διάφορες ταινίες και κλιπ στο YouTube. Στη συνέχεια, οι ερευνητές του Ινστιτούτου Άλεν πήραν το ίδιο κυβικό χιλιοστό του εγκεφάλου και το έκοψαν σε περισσότερα από 25.000 στρώματα, το καθένα 1/400 του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας, και χρησιμοποίησαν μια σειρά ηλεκτρονικών μικροσκοπίων για να τραβήξουν φωτογραφίες υψηλής ανάλυσης κάθε φέτας.Τέλος, μια άλλη ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον χρησιμοποίησε τεχνητή νοημοσύνη και μηχανική μάθηση για να ανακατασκευάσει τα νευρωνικά κύτταρα και τις συνδέσεις τους σε έναν τρισδιάστατο τόμο. Σε συνδυασμό, το τεράστιο σύνολο δεδομένων που προέκυψε είναι 1,6 petabyte σε μέγεθος, που ισοδυναμεί με 22 χρόνια βίντεο HD χωρίς διακοπή.
«Αν έχετε χαλασμένο ραδιόφωνο και έχετε το διάγραμμα του κυκλώματος, θα είστε σε καλύτερη θέση να το διορθώσετε» σχολίασε στον Guardian ο Δρ Νούνο ντα Κόστα, συνεργάτης ερευνητής στο Ινστιτούτο Άλεν.Οι επιστήμονες μελετούν τη δομή και την ανατομία του εγκεφάλου - συμπεριλαμβανομένης της μορφολογίας διαφορετικών τύπων κυττάρων και του τρόπου σύνδεσης τους - για πάνω από έναν αιώνα. Ωστόσο, η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναδύεται η νευρωνική λειτουργία σε επίπεδο κυκλώματος ήταν πρόκληση, καθώς έπρεπε να μελετηθεί τόσο η λειτουργία όσο και η καλωδίωση στους ίδιους νευρώνες. Η συγκεκριμένη μελέτη αντιπροσωπεύει τη μεγαλύτερη προσπάθεια που έχει γίνει μέχρι σήμερα για συστηματική ενοποίηση της δομής και της λειτουργίας του εγκεφάλου σε ένα μεμονωμένο οργανισμό, σε ένα ποντίκι εν προκειμένω.Τα ευρήματα αποκαλύπτουν νέους τύπους κυττάρων και μια νέα αρχή αναστολής εντός του εγκεφάλου. Οι επιστήμονες θεωρούσαν προηγουμένως οι ανασταλτικοί νευρώνες- αυτοί που καταστέλλουν τη νευρική δραστηριότητα - ως μια απλή δύναμη που μειώνει τη δράση άλλων κυττάρων. Αλλά η τελευταία εργασία διαπίστωσε ότι τα ανασταλτικά κύτταρα είναι εξαιρετικά επιλεκτικά στα κύτταρα που στοχεύουν, δημιουργώντας ένα συντονισμένο συνεργατικό σύστημα σε όλο το δίκτυο.
«Περιγράφουμε ένα είδος χάρτη Google ή σχεδιάγραμμα αυτού του κόκκου άμμου. Στο μέλλον, μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να συγκρίνουμε την καλωδίωση του εγκεφάλου σε ένα υγιές ποντίκι με την καλωδίωση του εγκεφάλου σε ένα μοντέλο ασθένειας», λέει ο ντα Κόστα.
Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature.
