واشنطن (AP) – بفضل مقاطع مشاهدة الماوس من “The Matrix” ، أنشأ العلماء أكبر خريطة وظيفية للدماغ حتى الآن – وهو مخطط للأسلاك التي تربط 84000 خلية عصبية أثناء إطلاقها على الرسائل.
باستخدام قطعة من دماغ ذلك الماوس حول حجم بذرة الخشخاش ، حدد الباحثون تلك الخلايا العصبية وتتبعوا كيفية تواصلهم عبر الألياف الشبيهة بالفروع من خلال 500 مليون مفاجئ يسمى المشابك.
مجموعة البيانات الضخمة ، التي نشرتها الأربعاء من قبل مجلة الطبيعة ، يمثل خطوة نحو كشف لغز كيفية عمل أدمغتنا. البيانات ، التي تم تجميعها في إعادة بناء ثلاثية الأبعاد ملونة لتحديد دوائر الدماغ المختلفة ، مفتوحة للعلماء في جميع أنحاء العالم لإجراء أبحاث إضافية – ولل ببساطة فضولي لأخذ نظرة خاطفة.
وقال فورست كولمان من معهد ألين لعلوم الدماغ في سياتل ، أحد كبار الباحثين في المشروع: “من المؤكد أنها تلهم شعورًا بالرهبة ، تمامًا مثل النظر إلى صور المجرات”. “لديك شعور بمدى تعقيدك. نحن ننظر إلى جزء صغير واحد … من دماغ الماوس والجمال والتعقيد الذي يمكنك رؤيته في هذه الخلايا العصبية الفعلية ومئات الملايين من الاتصالات بينهما.”
كيف نفكر ، ونشعر ، نرى ، التحدث والتحرك بسبب الخلايا العصبية ، أو الخلايا العصبية ، في الدماغ – كيف يتم تنشيطها وإرسال رسائل إلى بعضها البعض. لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن هذه الإشارات تنتقل من خلية عصبية واحدة على طول الألياف التي تسمى المحاور والغناء ، باستخدام المشابك للقفز إلى الخلايا العصبية التالية. ولكن هناك أقل معروفة عن شبكات الخلايا العصبية التي تؤدي مهام معينة وكيف يمكن أن تلعب اضطرابات تلك الأسلاك دورًا في مرض الزهايمر أو التوحد أو الاضطرابات الأخرى.
وقال عالم المعهد كلاي ريد ، الذي ساعد في المجهر الإلكتروني الرائد لدراسة الروابط العصبية: “يمكنك أن تصنع ألف فرضيات حول كيفية قيام خلايا الدماغ بعملها ، لكن لا يمكنك اختبار تلك الفرضيات إلا إذا كنت تعرف ربما الشيء الأساسي – كيف يتم توصيل تلك الخلايا معًا”.
من خلال المشروع الجديد ، قام فريق عالمي يضم أكثر من 150 باحثًا بتعيين اتصالات عصبية يقارنها كولمان بقطع متشابكة من السباغيتي من خلال جزء من دماغ الماوس المسؤول عن الرؤية.
الخطوة الأولى: عرض مقتطفات فيديو الماوس من أفلام الخيال العلمي والرياضة والرسوم المتحركة والطبيعة.
قام فريق في كلية بايلور للطب بذلك ، باستخدام الماوس المصمم بجين يجعل الخلايا العصبية يتوهج عندما تكون نشطة. استخدم الباحثون مجهرًا يعمل بالليزر لتسجيل كيفية إضاءة الخلايا الفردية في القشرة البصرية للحيوان أثناء معالجتها الصور التي تومض.
بعد ذلك ، قام العلماء في معهد ألين بتحليل قطعة صغيرة من أنسجة المخ ، باستخدام أداة خاصة لحلقها في أكثر من 25000 طبقة ، كل أرق بكثير من شعر الإنسان. مع المجاهر الإلكترونية ، التقطوا ما يقرب من 100 مليون صورة عالية الدقة لتلك الأقسام ، وإلقاء الضوء على تلك الألياف التي تشبه السباغيتي وإعادة تجميع البيانات في 3D.
أخيرًا ، استخدم علماء جامعة برينستون الذكاء الاصطناعي لتتبع كل الأسلاك و “رسم كل من الأسلاك الفردية بلون مختلف حتى نتمكن من التعرف عليها بشكل فردي” ، أوضح كولمان.
لقد قدروا أن الأسلاك المجهرية ، إذا تم وضعها ، ستقيس أكثر من 3 أميال (5 كيلومترات). الأهم من ذلك ، أن مطابقة كل هذا التشريح مع النشاط في دماغ الماوس حيث شاهدت الأفلام سمح للباحثين بتتبع كيفية عمل الدوائر.
أنشأ الباحثون برينستون أيضًا نسخًا ثلاثية الأبعاد رقمية من البيانات التي يمكن للعلماء الآخرين استخدامها في تطوير دراسات جديدة.
هل يمكن لهذا النوع من الخرائط أن يساعد العلماء في النهاية في العثور على علاجات لأمراض الدماغ؟ يطلق عليه الباحثون خطوة تأسيسية ، مثل كيفية قيام مشروع الجينوم البشري الذي وفر خرائط الجينات الأولى في النهاية إلى علاجات قائمة على الجينات. تعيين دماغ الفأر الكامل هو هدف واحد.
“إن التقنيات التي طورتها هذا المشروع ستمنحنا فرصتنا الأولى لتحديد نوع من النمط غير الطبيعي للاتصال الذي يثير اضطرابًا” ، قال أحد كبار الباحثين في المشروع ، عالم الأعصاب في برينستون وعالم الكمبيوتر سيباستيان سونغ ، في بيان.
كتبت مارييلا بيتكوفا وجريجور شوهنيخت ، التي لم تشارك في المشروع ، “إن العمل” يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام ويقدم مورد مجتمعي لا يقدر بثمن للاكتشافات المستقبلية “.
وأضافوا أن البيانات الضخمة والمشتركة علنًا “ستساعد على كشف الشبكات العصبية المعقدة الكامنة وراء الإدراك والسلوك”.
تم تمويل كونسورتيوم ذكاء الآلة من الشبكات القشرية ، أو الكونسورتيوم من قبل مبادرة المعاهد الوطنية للصحة في الدماغ و IARPA ، نشاط مشاريع الأبحاث المتقدمة للذكاء.
—
تتلقى وزارة الصحة والعلوم في وكالة أسوشيتيد برس الدعم من مجموعة وسائل الإعلام والعلم التعليمية التابع لمعهد هوارد هيوز. AP هي المسؤولة الوحيدة عن جميع المحتوى.