Исследователи из разных стран представили научное открытие, которое открывает новые перспективы в изучении мозга животных. Проект MICrONS, посвящённый искусственному интеллекту на основе корковых сетей, смог создать трёхмерную карту части зрительной коры мыши с высоким разрешением.
Эти данные, объём которых достигает 1,6 петабайта, охватывают электрическую активность свыше 200 000 клеток, 2,5 мили (4 километра) разветвлённых аксонов и более 500 миллионов синаптических связей. Благодаря цифровой реконструкции, которую можно бесплатно исследовать через MICrONS Explorer, наука стоит на пороге новой эпохи в изучении нейробиологии.
Начиная с наблюдений за нейронной активностью в зрительной коре мыши во время просмотра видеофрагментов, ученые приступили к созданию карты мозга, сотрудничая с ведущими учреждениями, такими как Принстонский университет, Институт Аллена и Медицинский колледж Бейлор. Достижения проекта MICrONS, по мнению координатора Дэвида А. Марковица, имеют огромный потенциал для нейробиологии, не менее значимый, чем проект "Геном человека".
Исследователи из Института Аллена получили изображение участка мозговой ткани с использованием электронной микроскопии, разделяя его на более чем 25 000 ультратонких срезов, каждый из которых тоньше волоса человека. После этого специалисты из Принстонского университета использовали передовые методы машинного обучения для отслеживания и восстановления нейронных и синаптических связей в клеточной структуре модели, которую они преобразовали в трехмерное изображение.
"Внутри этого маленького пятна находится целая архитектура, напоминающая изящный лес", - отметил старший научный сотрудник Клэй Рейд.
Один из удивительных открытий заключается в новом понимании работы тормозных нейронов. Ранее считалось, что эти нейроны просто подавляют активность мозга, но выяснилось, что они действуют очень избирательно: некоторые из них сотрудничают, подавляя целые группы возбуждающих нейронов, тогда как другие воздействуют практически только на один вид нейронов. Это сложное подавление и противодействие демонстрируют баланс, который не предполагался при взаимодействии на уровне нейронов, переворачивая стандартные теории обработки информации в мозге. В рамках реконструкции можно проверить старые теории и найти что-то новое, что ранее никто не видел, благодаря наличию разнообразных правил связей из различных областей нейробиологии.
Будущее нейробиологии обретает очертания в проекте MICrONS под руководством учёного Андреаса Толиаса. Создавая модели мозга, охватывающие разные уровни анализа, учёные смогут проникнуть в суть нейронной активности, начиная от поведенческого уровня и заканчивая молекулярным уровнем. Исследование, помимо анализа архитектуры мышления, представляет новые перспективы для диагностики и лечения различных расстройств, связанных с мозгом, таких как аутизм, болезнь Альцгеймера и шизофрения. Путём сравнения моделей здоровой мозговой ткани с моделями заболеваний, учёные смогут выявить нарушения в коммуникации и разгадать тайны различных патологий.
Нуно да Кошта, младший научный сотрудник Института Аллена, заявил, что при наличии схемы можно восстановить радио. Он представил исследование, где разрабатывается карта Google для сравнения нейронных связей в мозге здоровой мыши с теми в мозге модели с заболеванием.