Американские исследователи создали 3d карту мозга

Учёные создали подробную карту мозга с указанием большинства нейронов

Отображение человеческого мозга в деталях могло бы помочь раскрыть множество его тайн, но он настолько сложен, что сделать это пока не представляется возможным. Однако учёные сделали гигантский шаг в этом направлении.

Команда исследователей из Калифорнийского университета, медицинского института Говарда Хьюза и университета Джона Хопкинса, создала трехмерную карту высокой четкости мозга фруктовой мухи. Изображение показывает каждый из 100 000 нейронов мозга, это самая полная карта мозга из когда-либо созданных.

Мозг фруктовой мухи (drosophila melanogaster) размером всего лишь с маковое семя, но несмотря на свои размеры невероятно сложен.

Обратите внимание

Для создания наиболее полной картинки группе пришлось объединить около 21 миллиона изображений, сделанных на более чем 7000 срезах мозга.

В конечном итоге учёные получили фантастическую карту, которую можно увеличить, чтобы поближе рассмотреть отдельные участки,буквально отследить каждый нейрон.

Кажется, что учёные просто бездарно потратили время на создание никому ненужной карты, тем не менее, она позволяет рассмотреть подключение каждого нейрона, а значит более пристально взглянуть на работу мозга, ведь несмотря на разный уровень сложности, мозг многих живых существ состоит из все тех же нейронов.

«Мозг мухи никогда раньше не был отображен в разрешении, которое позволяет Вам видеть связи между нейронами», — говорит один из членов команды, нейробиолог Дэви Бок из медицинского института Говарда Хьюза в Мэриленде: «Каждый раз, когда вы смотрите на изображения с более высоким разрешением и большей полнотой, вы будете открывать для себя новые вещи.»

Для получения картинки исследователи использовали метод последовательной секционной просвечивающей электронной микроскопии.

Сначала команда заполнила мембраны клеток тяжелыми металлами, обозначив контуры нейронов и синапсов, которые их соединяют.

Затем пучки электронов были пущены через мозг. Электроны рассеиваются и отражаются, когда попадают в металл, этот процесс схож с рентгеном.

«Это позволяет нам увидеть пряди спагетти, которые все запутаны вместе в большой миске, которая является мозгом», — добавил Бок.

Для того, чтобы процесс шёл быстрее, учёные использовали две высокоскоростные камеры и две специально построенные системы. В итоге на получение изображения с каждого участка мозга ушло по 7 минут.

Карта уже ведет к открытиям. Команда проследила путь группы нейронов к части мозга, участвующей в памяти и обучении, известной как обонятельные проекционные нейроны, это может помочь ученым понять, как плодовые мухи учатся.

«[Фруктовые мухи] могут учиться и запоминать,” — говорит Бок: «Они знают, какие места безопасны и опасны. У них есть сложные последовательности ухаживания и ухода.»

Важно

Данные теперь доступны для всех, исследовательская группа надеется, что это приведет к лучшему пониманию устройства мозга как органа, а также поведения плодовой мухи.

Источник: https://fainaidea.com/nauka/medicina/uchyonye-sozdali-podrobnuyu-kartu-mozga-s-ukazaniem-bolshinstva-nejronov-147478.html

Исследования мозга и личности, перспективы эмуляции сознания. Январь 2019

Лес дендритных шипиков на нейронах в коре мозга мыши. Фото: Gao et al./ Science 2019

В ежемесячном обзоре экспертной группы проекта Технологии Долголетия мы постарались собрать наиболее значимые открытия в области исследований мозга и личности и перспектив эмуляции сознания.

В обзор регулярно включаются работы по нейропротезированию и нейрореабилитации, новые методики картирования мозга, работы, посвященные машинному обучению в нейронауке, успехам в применении и разработке нейроимплантов и зондов, выращивании органоидов мозга.

С большим вниманием мы следим за международными проектами по картированию и исследованиям мозга, запущенным в США, Европе, Японии и Китае.

Рутинная визуализация коннектома дрозофилы

В предыдущем обзоре мы рассказывали о статье Логана Коллинза, в которой он рассматривает вероятность запуска эмуляции мозга дрозофилы в ближайшие 25 лет и сопутствующие технологии, в частности,  экспансионную микроскопию (expansion microscopy; подробнее о методе можно прочесть здесь).

В этом месяце опубликована статья о том, что комбинируя этот метод с флуоресцентной микроскопией, ученые смогли сделать карту мозга дрозофилы во много раз быстрее. А точнее, им потребовалось всего «62,5 часа, а не несколько лет, как в случае электронной микроскопии» — сообщил автор исследования.

Совет

Также ученые смогли разметить в мозге все клетки определенного типа (дофаминергические нейроны).

Экспансионная микроскопия — метод подготовки образца, таким образом, что его накачивают полимерным гелем, который впоследствии расширяется и увеличивает объем образца в 4 раза.

Исследование было проведено совместно с MIT и проектом FlyLight, на территории Janelia Research Campus.

Группу MIT представлял Эд Бойден, один из создателей метода экспансионной микроскопии и оптогенетики. «Мы преодолели порог производительности в имаджинге. Теперь мы не просто сканируем часть ткани мозга, мы сканируем весь мозг», — говорит он. Цель Бойдена — собрать данные достаточного качества для симуляции нервной системы дрозофилы in silico.

Сторонники крионики, концепции mind uploading считают, что процедура имаджинга мозга может повторить путь процедуры секвенирования — т.е. перейдет к поточной автоматизации.

Источник Janelia Research

Симуляция мозга дрозофилы

Параллельно с работой по улучшению качества данных о структуре мозга дрозофилы одними исследователями, другие работают над компьютерными моделями на основе этих данных.

Так исследователи из Тайваня разработали платформу FlySim — реконструкцию электрической активности мозга дрозофилы. Данные они взяли из базы данных FlyCircuit, которая содержит большое количество оцифрованных образов мозга мухи.

На основе данных FlySim способна предсказывать синаптические связи между нейронами (~20 тыс. нейронов) и транслитерировать данные в модель. Для эксперимента исследователи создали аналогичную модель, но связи между нейронами в ней были созданы в случайном порядке.

Сравнительный анализ показал, что эта модель обладает структурными характеристиками нейронной сети: стабильностью, распределенностью и пластичностью.

Источник PubMed

Платформа для трекинга мозга мыши

Обратите внимание

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско также задействованные в проекте Neuralink опубликовали работу о разработанной платформе для трекинга активности мозга мыши.

Платформа состоит из массива электродов, способных в реальном времени вести запись до 1024 каналов электрической активности, что обеспечивает разрешение уровня одной клетки.

Запись ведется на свободно движущемся животном и может продолжаться до 5 месяцев после имплантации.

Развитие технологий сбора данных играет ключевую роль в современной нейронауке.

Источник Cell

Синтез речи из сигналов мозга

Исследователи из Колумбийского университета разработали систему интерпретации мозговой активности и синтезирования речи на ее основе. Данные снимались инвазивно у пациентов, которым предстояла операция.

Алгоритм нейронной сети учился сопоставлять слова которые произносил пациент и паттерны активности. На выходе, синтезированная речь распознается людьми в 75% случаев, что представляет лучший на данный момент результат подобных исследований.

Задача следующего этапа исследования — синтез предложений.

Источник Nature

Nectome раскрывает двери лаборатории

Основатель компании Nectome Роберт Макинтайр после годового перерыва в общении с журналистами провел пресс-конференцию и показал свою лабораторию корреспонденту медицинского журнала STAT.

Он рассказал о том, что в ответ на «травлю» в прессе, начатую по поводу услуги по «сохранению и оцифровке мозга», теперь он формулирует работу его команды как «разработка методов сохранения памяти». В любом случае компания продолжает получать инвестиции и новых клиентов.

Команда Макинтайра является обладателем приза за «лучшую технологию по сохранению мозга млекопитающего» от The Brain Preservation Foundation.

Важно

В интервью ученый рассказывает о двух направлениях его работы: поиске следов памяти в «синаптоме» C.Elegance и улучшении метода альдегид-стабилизированной криоконсервации. Также Макинтайр рассказывает о своем пути в науке.

Читайте также:  Неодимовый лазер продемонстрирует, как избавиться от комедонов

Источник Statnews

Коннектом спинного мозга

Исследователи из Медицинского центра в Бостоне (BIDMC) создали модель коннектома спинного мозга. В модели используются параметры: количество, размер нейронов, связность и сила связей между ними для 31 отдела спинного мозга человека.

Данные получали из анатомических исследований, литературы, и частично из данных по другим видам млекопитающих. Запущенная симуляция продемонстрировала свойства рекуррентной нейронной сети.

Изначально модель разрабатывалась для исследования влияния обезболивающих, но ученые уверены, что она найдет применение в широком спектре биомедицинских приложений, ориентированных на спинной мозг.

Источник PubMed

Следы «социального мозга»

Группа исследователей из европейских университетов задалась целью описать активность мозга во время социального взаимодействия, предложив соответствующее название паттерну — «социальный мозг». Для поиска его следов ученые провели анализ работ с данными фМРТ и по ключевым словам «социальный», «эмпатия» и другими.

По словам авторов, это одно из первых масштабных сравнительных исследований темы. Были получены интересные результаты, прежде всего связанные с «зеркальными» нейронами. Они сильнее вовлечены в задачи связанные с воображением на тему личности, социального контекста (embodied simulation), чем в случае абстрактных задач.

Источник: https://rlegroup.net/2019/02/17/issledovanija-mozga-i-lichnosti-perspektivy-jemuljacii-soznanija-janvar-2019/

Ученые разработали 3D карты мозга для безопасного удаления опухоли

Удаление опухоли головного мозга – это тонкая грань: удалить слишком мало, и болезнь может вернуться, удалить – слишком много, и зрение, речь или движение могут быть ухудшены.

Чтобы помочь установить то неустойчивое равновесие, нейрохирурги часто используют 3D карты мозга пациентов. Но такие карты, как правило, показывают анатомические ориентиры и не указывают, где критические функции мозга, такие как речь и двигательная функция.

Грант в размере $3.

6 миллионов от Национального онкологического института (подразделения национальных институтов здоровья) (NIH) финансирует сотрудничество между исследователями в Вашингтонской университетской медицинской школе в Сент-Луисе и Медтроником, производителем нейрохирургической навигационной системы, которая позволяет врачам отследить, где они работают в пределах мозговой анатомии пациента.

Вместе с исследователями будет создана программа, которая использует информацию от просмотров МРТ, чтобы построить персонализированные 3D карты местоположения функций мозга, и интерпретирует необходимую информацию, наряду с анатомической картой, в навигационную систему. Эти интегрированные карты могут позволить врачам планировать и проводить операции более точно и безопасно.

Совет

Когда часть мозга должна быть удалена, из-за опухоли или другой болезни, такой как эпилепсия, не поддающаяся контролю, пациенты обычно переносят МРТ перед хирургическим вмешательством, чтобы картировать анатомию мозга, окружающую часть, которая будет удалена.

Однако создавая карты функционирования мозговой области, появляются свои сложности.

Золотой стандарт – корковая стимуляция, в которой врачи пробуждают пациентов во время операции и просят, чтобы они выполнили простые задачи, такие как повторение слова – в то время как применяется крошечный электрический ток на поверхности мозга. Если прикладная электростимуляция вмешивается в речь пациента, врачи знают, что они нашли связанную с речью область мозга.

Но не все могут быть безопасно пробуждены во время хирургического вмешательства, и некоторые из тех, кого можно было разбудить, оставались под наркозом, в связи с рисками.

Маленькие дети не способны перенести операции, в то время, когда не спят или выполняют другие задачи.

И степень повреждения мозга, вызванного болезнями, такими как опухоли головного мозга и эпилепсия, может сделать даже некоторых взрослых неспособными выполнять задачи.

Лойтардт с научным руководителем Джошуа Шимони из Мэриленда, адъюнкт-профессором рентгенологии, и коллегами из нейрохирургии и нейрорадиологии, развивали технику, чтобы создавать карты функциональной области мозга перед хирургическим вмешательством. Техника оптимальна для людей всех возрастов и не требует, пробуждения пациента во время операции.

При проведении МРТ, она полагается на то, что мозг всегда активен, даже когда человек мечтает, спит или даже без сознания. Он не может двигаться, или думать о перемещении, но левая сторона моторной области мозга связана с правой. Определяя, какие части мозга находятся в коммуникации, ученые могут очертить функциональные сети.

Обратите внимание

Ученые нашли лучший способ создавать такие карты, и вместе с тем метод, которым обрабатываются данные, может быть очень примитивным. Грант NIH позволит Лойтардту и Шимони объединять данные из имеющихся функциональных просмотров в навигационную систему Медтроник, чтобы сделать 3D структурную и функциональную карту мозга каждого пациента.

10 лет назад Шимони и Лойтардт начали проект, при сотрудничестве с Медтроник, где целью было создать уникальную навигационную систему, актуальную для использования в нейрохирургии больницы Барнс-Джевиш. Они настраивают аппарат таким образом, чтобы он мог использовать МРТ и создавать индивидуальные функциональные карты.

Система сократила 1/3 часть операций в Барнс-Джевиш, выполнявшихся в то время, как пациенты бодрствуют, и это было крайне популярно среди нейрохирургов. Но нужно, чтобы штатный сотрудник располагал специализированными экспертными знаниями, с целью проанализировать данные и помочь создать функциональные карты.

Исследователи рассуждали, что, оставляя МРТ, как стандартную часть нейрохирургической практики, необходимо создать легкую в использовании программу, которая не требует специализированного обучения для продолжения работы. Ключевой успех ожидал студента MD/PhD Карла Хэкера, доктора философии, который выяснял, как автоматизировать анализ функциональных данных МРТ так, чтобы это могло обрабатываться алгоритмом, а не экспертом.

Источник: https://oncology24.ru/novosti/3d-karty-mozga-dlya-bezopasnogo-udaleniya-opuholi.html

Десять лучших технологий года по версии MIT. #3: Картографирование мозга

Новости технологий полны важных событий, но немногие из них представляют собой настоящие прорывы.

Лучший в мире вуз 2014 года, Массачусетский технологический институт, регулярно выдающий на-гора невероятные открытия и разработки, представил свой топ из десяти прорывных технологий настоящего времени.

По мнению авторов, это «прорывы, которые будут иметь значение многие годы». В этом цикле статей мы подробно ознакомимся с каждым пунктом.

Картографирование мозга — новая карта, показывающая детализированную структуру нашего мозга, создавалась в течение десяти лет; значительно упрощает работу неврологов.

Прорыв:

Карта высокого разрешения, показывающая структуры человеческого мозга с точностью до 20 микрометров.

Почему это важно:

Поскольку неврологи пытаются понять, как работает мозг, им нужна детализированная карта его анатомии.

Ключевые игроки:

  • Кэтрин Амунтс, Исследовательский центр Юлиха
  • Алан Эванс, Монреальский неврологический институт
  • Карл Дейссерот, Стэнфордский университет

Неврологи добились значительного прогресса в последние годы, пытаясь понять, как работает мозг.

И в ближайшие годы Human Brain Project в Европе будет пытаться создать компьютерную модель человеческого мозга, в то время как американская инициатива BRAIN будет создавать широкомасштабную картину мозговой активности.

Эти амбициозные проекты принесут большую пользу новому ресурсу: подробной и детализированной карте структур мозга и его различных областей.

В рамках Human Brain Project, международная команда исследователей во главе с немецкими и канадскими учеными выпустила трехмерный атлас мозга, который в 50 раз больше с точки зрения разрешения, чем предыдущие подобные карты.

Атлас, который делали в течение десяти лет, потребовал тысячи тончайших срезов мозга и цифрового скрепления их вместе при помощи суперкомпьютеров.

Читайте также:  В каких случаях необходимо проводить операцию по замене сустава?

Он способен показать мельчайшие детали в пределах 20 микрометров, размера многих человеческих клеток, и это серьезный шаг вперед в понимании трехмерной анатомии мозга.

Важно

Чтобы реконструировать мозг в цифровом виде, исследователи под руководством Кэтрин Амунтс из Исследовательского центра Юлиха в Германии использовали МРТ для съемки вскрытого мозга 65-летней женщины. Затем мозг был разрезан на сверхтонкие пластинки.

Ученые окрасили разделы, а потом отсканировали каждую из них на планшетном сканере. Алан Эванс и его коллеги из Монреальского неврологического института организовали 7404 конечных снимка в набор данных размером с терабайт.

Пластинки скрутились, прорвались и свернулись в процессе, поэтому Эвансу пришлось корректировать дефекты на изображениях. Он также вернул каждую из них на свое изначальное место в мозге.

Результат получился завораживающим: модель мозга, сквозь которую можно «проплыть», приблизить отдельные ее части и увидеть организацию клеток и тканей.

В начале 20-го века немецкий нейроанатом Корбиниан Бродманн разделил кору человеческого мозга на 50 разных зон, разглядывая ее структуру и организацию под микроскопом.

Помощь может прийти от новых методов, которые позволяют ученым видеть расположение клеток и нервных волокон внутри неповрежденной ткани головного мозга с очень большим разрешением.

Амунтс разрабатывает такой метод, который использует поляризованный свет для реконструкции трехмерной структуры нервных волокон в ткани мозга.

Техника под названием Clarity («ясность»), разработанная лабораторией Карла Дейссерота, невролога и биоинженера из Стэнфордского университета, позволяет ученым напрямую видеть структуры нейронов и цепей в неповрежденном мозге. Мозг, как и любая другая ткань, обычно непрозрачен, поскольку жиры в клетках блокируют свет.

Совет

Clarity выплавляет липиды, заменяя их гелеподобной субстанцией, которая оставляет другие структуры видимыми. Хотя Clarity весьма успешно была опробована на мозге мыши, человеческий мозг слишком большой, чтобы его можно было бы пропустить через эту версию технологии.

Но Дейссерот говорит, что техника уже использовалась на блоках человеческого мозга в тысячи раз больших, чем тонкая секция мозга, что позволило сделать трехмерную реконструкцию легче и менее ошибочной.

Эванс также говорит, что хотя Clarity и поляризованный свет уже сейчас предоставляют фантастическое разрешение участков мозга, «в будущем это вырастет до размеров целого человеческого мозга».

Источник: https://Hi-News.ru/science/desyat-luchshix-texnologij-goda-po-versii-mit-3-kartografirovanie-mozga.html

3D-карта нейронов головного мозга оказалась похожей на макаронного монстра – МК

На ней можно увидеть около 1 300 нейронных связей

29.03.2016 в 18:05, просмотров: 4410

Международная группа исследователей, в которую вошли специалисты из Бельгии и США, представили самую подробную и обширную из существующих на сегодняшний день трёхмерную карту нейронов головного мозга. Специалисты надеются с помощью этой схемы значительно продвинуться в понимании того, как головной мозг работает.

Разноцветные шарики и причудливые переплетения линий на представленной карте представляют собой около 200 нейронов и 1 300 нейронных связей, или синапсов, расположенных в зрительной коре головного мозга мыши.

Чтобы отследить все эти связи между нервными клетками, специалисты взяли образец ткани размером чуть больше пылевого клеща, разрезали его на 3 700 фрагментов и изучили каждый из них под мощным микроскопом.

Также учёные собрали информацию об электрической активности нейронов, воспользовавшись методами магнитно-резонансной томографии, передаёт sciencemag.org.

Карта была составлена в ходе исследовательского проекта, стартовавшего около десяти лет назад. В ходе работы учёным удалось провести немало любопытных наблюдений и отметить множество интересных закономерностей.

В частности, изучив функции различных нейронов и проследив за процессом формирования синапсов, специалисты убедились, что нейронные связи чаще устанавливаются между клетками со схожими функциями и реже — с теми, функции которых отличаются.

Впрочем, как оказалось, это не означает, что нейроны с разными функциями находятся далеко друг от друга — иногда они располагаются почти рядом. Главной же целью, шаг к которой специалистами удалось сделать, сами они считают понимание взаимосвязи между электрической активностью мозга и работой синапсов.

Разные цвета, в которые на трёхмерной карте покрашены нервные клетки, отражают то, что они реагируют на различные визуальные стимулы — к примеру, одни из них «отвечают» за восприятие вертикальных линий, другие — за горизонтальные.

Результатами своей работы специалисты поделились в журнале Nature.

Дмитрий Ерусалимский
Места: США   Люди без комплексов: в Крыму “моржи” открыли купальный сезонЗвезда шоу “Голос” Юлия Райнер убила человека в ДТП и скрыласьЛица Матвиенко, Медведева, Зюганова и других на послании президентаБасилашвили, Эрнст, Ярмольник на прощании с Сергеем Юрским: скорбные кадрыСверхсекретные лыжи: Путин и Лукашенко уединились на канаткеПозы и приемы Путина на тренировке по дзюдо порадовали зрителей”Папина дочка” выросла: Мирослава Карпович устроила топлес-фотосессиюКоля Лукашенко залился румянцем, играя в хоккей с ПутинымАни Лорак официально развелась с мужем: фото свободной женщиныВ Москве насильника несовершеннолетней задержали со спущенными штанамиВрач назвал симптомы “плохой” родинки: видеоконсультация дерматологаВидео смертельной драки возле московской автомойки попало в СетьОпубликована аудиозапись разговора “Александра Друзя о подкупе в телеигре”Массовая драка в Москве: опубликовано видео разборок с владельцем кафеКадры кувырка Путина на татами: президент повредил палецСергея Юрского проводили аплодисментами: с актером попрощались в театре МоссоветаРайхельгауз и Гусман рассказали о последней встрече с Юрским: видеоСвинья вцепилась в ягодицу отдыхавшей на Багамах модели Мишель ЛевинПогибшим на Центральном телеграфе оказался чемпион России по рукопашному бою Дмитрий ПогореловЭксперты оценили идею Медведева считать бедных по-новому: “Страна-чемпион по обещаниям” Светлана ОсиповаЗеленский “убрал” Васильеву из сериала “Сваты” MK.RU«Ворвались 40 чеченцев»: директор расстрелянного в Москве кафе рассказал подробности Станислав ЮрьевЧерные тайны клана Арашуковых: женщина молчала 8 лет Ирина БоброваПавла Грудинина уволили с должности в подмосковном Видном MK.RU”Известия”: суворовцы могли подхватить червей в мозг из-за насвая Кирилл РусаковНовые санкции США: россиян предупредили о блокировке банковских карт Александр АхтыркоДочь Дмитрия Маликова в день рождения поразила соцсети своей красотой MK.RU”Росконтроль” назвал худшие марки черного чая Артем КошеленкоРоссиянам предложили сделать бесплатными коммунальные услуги Александр АхтыркоЧто не так в статье Суркова о России и Путине Михаил РостовскийЗвезда сериала «Папины дочки» Мирослава Карпович снялась топлес MK.RUЭксперт оценил снятие Путиным генералов-силовиков: все ждали, когда полетят головы Дмитрий Попов”Пошли вы!”: в Москве пристав припарковалась в толпу Артем КошеленкоЗараженного педофилами ВИЧ школьника выявили в смоленском военкомате Александр АхтыркоРевву обвинили в смерти Децла Артем Кошеленко”Росконтроль” назвал опасные марки стиральных порошков Артем КошеленкоНавка раскрыла причины ухода Медведевой от Тутберидзе Артем КошеленкоВласти захотели снова поменять систему пенсий Марина ТальскаяУчительницу уволили за красивую фигуру: кому помешало фото в купальнике Ирина Селиверстова”Не стесняюсь говорить о сексе”: фигуристка Туктамышева раскрыла карты Ицхак ОппенгеймРоссиянин остался без квартиры, подписав документ в МФЦ MK.RUБизнесмены не стали аплодировать Путину на форуме «Деловой России» Елена ЕгороваБлог Георгия Янса: Предатель остается предателемЧелябинск «Я одна против американской системы правосудия»: челябинка вывезла дочь из США, чтобы спасти от родного отцаТыва В Туве раскусили политическую агитацию с использованием западной технологии «телефонного внедрения»Крым “Берег под нами, только садиться нельзя – внизу какие-то цистерны…”Тыва Федеральные показатели бедности регионов не учитывают особенности территорий – власти ТувыТомск «Ни Бога не боятся, ни людей не стыдятся»: Соломатина вновь взорвала соцсетиКалининград Старое кладбище Калининграда: после смерти – как при жизни

Читайте также:  Анализы на дому детям

Источник: https://www.mk.ru/science/2016/03/29/3dkarta-neyronov-golovnogo-mozga-okazalas-pokhozhey-na-makaronnogo-monstra.html

3D карта мышиного мозга показывает сложность реального строения нейронов

?Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
2017-11-04 21:39:00Alexander Vitkovski
alev_biz
2017-11-04 21:39:00

На одном из крупнейших в мире конгрессов по нейронаукам SfN’s 47th annual meeting, который пройдет 11-15 ноября 2017 года в Вашингтоне, округ Колумбия, ученые из Вирджинии представят трёхмерную карту мышиного мозга, на которой покажут местоположение и связи более 300 нейронов. Новый метод позволяет картировать мозг с большей скоростью и точностью, а также уйти от примитивных изображений нейронов, которые дают современные учебники.

Команда учёных различного профиля из Janelia Research Campus, Эшберн, штат Вирджиния, создала самую обширную и точную на сегодняшний день карту мозга мыши. На ней представлены более 300 картированных нейронов, отростки которых в длину достигают до полуметра и связывают области мозга даже в разных полушариях. В предыдущих попытках отслеженные нейроны исчислялись лишь десятками.

В этой сложной реконструкции каждый нейрон представлен другим цветом

Он и его коллеги хотят отследить сотни новых нейронов в ближайшие месяцы и выложить данные в свободный доступ для всего нейронаучного сообщества.

Учёные замечают, что в типичном учебнике по биологии нейроны выглядят как жареное яйцо с хвостом. Они посылают сообщения по хвосту (аксону), а другие нейроны принимают сообщения через ветвящиеся усики, называемые дендритами.

Обратите внимание

Информация, перебрасываемая между этими клетками, позволяет людям взять чашку кофе или вспомнить, где они положили ключи от машины. Научный мир, по словам Чандрашекара, давно знает, что изображение нейронов в учебниках очень упрощено.

Нервные клетки часто гораздо более протяженные и связанные, чем принято думать.

Картирование – крайне трудоёмкий процесс. Нужно подсветить нейроны внутри мозга, нарезать мозг на тонкие слайсы, отсмотреть эти «ломтики» с помощью микроскопа, а затем выделить отдельные нейроны среди миллионов собранных изображений. Команда Janelia решила проблему с помощью тонкой настройки каждого этапа процесса.

В проекте участвуют исследователи самых разных профилей – от неврологов и анатомов до компьютерных специалистов и инженеров-программистов. Вначале исследователи вводят в мозг мыши вирус, который подсвечивает всего несколько десятков нейронов.

Затем команда «очищает» мозг – помогает свету проникать в ткань. После этого высокотехнологичный световой микроскоп бьёт в мозг импульсами света, снимает изображение выделенных нейронов и делает мозговой срез на 200 микрометров с помощью вибрирующего лезвия.

Процесс повторяется до тех пор, пока не будет отображён весь мозг.

Сверхбыстрая версия метода, называемого двухфотонной микроскопией, обеспечивает достаточно энергии, чтобы подсвечивать нейроны флуоресцированием без освещения других фокальных плоскостей.

Она даёт исследователям чёткие изображения, необходимые для нейронного картирования. Каждый отображаемый головной мозг хранит около 20 терабайт данных – около 4 000 DVD.

Сложные алгоритмы используются для сшивания изображений вместе, и команда из семи обученных людей просматривает итоговый набор данных, чтобы вручную выискать отдельные нейроны.

Один из нейронов, отслеженный в мозге мыши (показан розовым), проходит по полушариям, отправляя ветвящиеся аксоны в разные области

Пройдя эту отметку, команда ожидает, что данные дадут новое представление о том, как сложно ветвящиеся нейроны маршрутизируют доставку информации в мозг.

Важно

Даже после отслеживания всего 300 нейронов команду ожидали сюрпризы. Например, аксоны отдельных нейронов в таламусе часто соединяют неожиданные сочетания кортикальных областей, такие, например, как области, связанные с вкусом, прикосновениями и движениями, а в области, связанной с обучением и памятью, нейроны почти всегда устанавливают контакты в нескольких разных местах.

В неокортексе или коре головного мога –  структуре, связанной с высшей нервной деятельностью – многие одиночные нейроны широко разветвляют свои отростки. Один из нейронов, которые исследователи проследили, «пробегал» по всей коре, отправляя длинные ветвистые отростки в оба полушария, что при подцвечивании на карте похоже на взрыв фейерверка.

Предполагается, что новый ресурс позволит каждому ученику с подключением к Интернету визуализировать реальные нейроны, а не просто картинки в учебниках. По словам авторов, работа команды, создающая сотни высококачественных однонейронных реконструкций, представленных в легко доступном электронном справочнике, может ускорить научные исследования и направлять формирование гипотез.

Источник: https://alev-biz.livejournal.com/1431526.html

Создана 3D-карта нейронов головного мозга

Биологи нашли подавляющие аппетит клетки«Когда обнаруженные нами клетки мозга возбуждаются и посылают сигналы, наши лабораторные мыши прекращают есть, — рассказал Ричард Хьюганир (Richard Huganir), один из авторов исследования. — Эти сигналы как бы говорят, что животное сыто».

© Изображение: Clay Reid / Allen Institute Международная группа нейробиологов из Института Аллена, Гарвардской медицинской школы и исследовательской инициативы в области нейроэлектроники NERF опубликовали самую большую из ныне существующих карт нейронных сетей в коре головного мозга, где происходят такие сложные процессы, как обработка памяти. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

По словам ученых, полученный результат представляет собой кульминацию десятилетней исследовательской программы.

С помощью современных методов были собраны огромные массивы данных по мозговой активности, которые позволяют найти связь между структурой мозга и ее функциями.

Теперь нейробиологи собираются заняться выяснением того, за какие типы обработки сигналов отвечают определенные нейронные схемы.

Нейронные «леса» вживили в мозг

Полимеры помогли нервным клеткам выжить при трансплантациЦель авторов работы заключалась в том, чтобы увеличить эффективность операций по трансплантации нейронов для лечения нейродегенеративных заболеваний. Когда нейроны инъецируют в мозг по отдельности, их выживаемость является низкой. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали челночную систему доставки нервных клеток.

Ученые уже обнаружили некоторые свидетельства того, что в коре головного мозга нейронные сети обладают модульной структурой. Кроме того, были выявлены закономерности организации связи между нейронами. Опираясь на эти данные, исследователи планируют начать поиск нейронных цепей в коре головного мозга, которые могли бы выполнять различные мозговые функции.

Чтобы создать карту нейронных сетей, ученые начали с картографирования зрительной коры мозга мыши, нейроны которой реагировали на определенные визуальные стимулы, например, вертикальные или горизонтальные линии на экране. После этого были сделаны ультратонкие срезы мозга, чтобы получить миллионы изображений нейронов и синапсов, которые затем реконструировали для создания 3D-модели.

Совет

Исследования уже дали первые результаты. Например, ученые получили доказательства, что нейроны со схожими функциями будут связаны друг с другом большим числом синапсов, чем нейроны с разными функциями.

Ранее нейрофизиологи из Швейцарии создали компьютерную модель мозга крысы, которая включала в себя 31 тысячу нейронов и 37 миллионов синапсов. Для ее создания был использован один из самых производительных суперкомпьютеров Blue Brain IV.

Зеленый свет оказался лекарством от мигрени .
В отличие от остальных видов излучения, зеленый смягчает головную больВо время мигрени люди страдают и от повышенной чувствительности к свету. Из-за фотофобии пациенты вынуждены носить солнечные очки и скрываться в темных комнатах.

Ученые объясняют это патологическим смешиванием нейронов двух типов в таламусе: тех, что передают зрительную информацию с сетчатки глаза, и тех, что отвечают за болевые ощущения.

В результате при мигрени свет усиливает боль, которая в свою очередь вызывает проблемы со зрительным восприятием.

Источник: https://PressFrom.info/ru/news/techandscience/-3414-sozdana-3d-karta-nejronov-golovnogo-mozga.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector