Ett omfattande forskningsprojekt har resulterat i den mest detaljerade kartläggningen hittills av hur visuell information färdas genom hjärnan. Genom att analysera en kubikmillimeter av en mus hjärnvävnad har forskarna identifierat över 500 miljoner synaptiska kopplingar, vilket ger nya insikter i hur vi bearbetar synintryck och vad som kan gå fel vid neurologiska sjukdomar.
Kartläggning av hjärnans visuella kod
I detta projekt, finansierat av National Institutes of Health (NIH), har forskare kartlagt kopplingarna mellan hundratusentals neuroner i musens hjärna och registrerat hur de reagerar på visuella stimuli. Genom att kombinera hjärnans fysiska nätverk med dess realtidsaktivitet lägger detta arbete en viktig grund för att förstå hur hjärnan bearbetar visuell information för att skapa de bilder vi ser.
Avancerad teknik för att fånga hjärnans aktivitet
Forskarna använde genetiskt modifierade möss vars neuroner lyser när de är aktiva. Genom att visa videoklipp från filmer som ”The Matrix” och ”Star Wars” kunde teamet registrera mönster av neuronaktivitet i hjärnans visuella områden. Trots att den analyserade vävnaden endast var en kubikmillimeter stor, innehöll den cirka fyra kilometer av axoner – de tunna fibrer som bär signaler mellan neuroner – sammanvävda för att bilda över 524 miljoner synapser bland mer än 200 000 celler. (livescience.com)
Skapandet av en tredimensionell hjärnkarta
För att kartlägga dessa kopplingar arbetade teamen i 12-timmarsskift under 12 dagar för att noggrant skära och avbilda ultratunna skivor av hjärnvävnaden med hjälp av elektronmikroskop. Rekonstruktionen var den mest utmanande delen, eftersom den krävde att nästan 28 000 bilder från elektronmikroskop skulle sammanfogas för att alignera kopplingarna som korsar hjärnvävnadens volym. Detta följdes av månader av spårning av kopplingarna med hjälp av djupinlärningsalgoritmer, följt av manuell och automatiserad korrekturläsning. Den totala mängden data som samlades in för att skapa denna lilla karta uppgår till 1,6 petabyte, vilket motsvarar ungefär 22 års kontinuerlig HD-video. (livescience.com)
En ny era av neuralkartläggning
Dessa resultat kommer vid en tidpunkt då kartläggningar av neuroner och deras kopplingar alltmer avslöjar hjärnans mysterier. År 2023 producerade forskning finansierad av NIH BRAIN Initiative den första kompletta cellatlasen av musens hjärna, inklusive typer och platser för mer än 32 miljoner celler. Förra året ledde NIH BRAIN Initiative ”Flywire”-projektet till den fullständiga kartläggningen av den vanliga bananflugans hjärna, vilket demonstrerar det unika värdet av att kartlägga hela hjärnan i sin helhet.
Referenser
FAKTA
Connectome: En omfattande karta över neurala kopplingar i hjärnan, som visar hur neuroner är sammankopplade.
Synaps: En struktur som tillåter en neuron att överföra en elektrisk eller kemisk signal till en annan neuron.
Axon: En lång, tunn fiber som sträcker sig från en neuron och bär elektriska impulser bort från cellkroppen.
