Mažos smegenys — gigantiškas neuromokslo žingsnis

Mokslininkai pirmą kartą istorijoje sudarė vaisinės muselės smegenų atlasą — pasiekimas, žadantis sukelti neurobiologijos revoliuciją ir praminti kelią į supratimą, kaip smegenys formuoja elgesį. Retai pasitaiko, kad moksle tiek pastangų būtų dedama tokiam smulkiam dalykui: mokslininkai užtruko metų metus, kol sudarė visų 139 255 neuronų vingių ir 50 milijonų ryšių žemėlapį, apjungtų aguonos dydžio vaisinės muselės smegenyse. Tyrimo metu mokslininkai klasifikavo daugiau, nei 8400 skirtingų ląstelių tipų.

„Gali kilti klausimas, kodėl mus turėtų dominti vaisinės muselės smegenys, — svarsto Princetono universiteto kompiuterinių mokslų ir neurobiologijos profesorius ir projekto FlyWire bendravadovis Sebastianas Seungas. — Jeigu mes iš tiesų galime suprasti, kaip funkcionuoja bet kokie smegenys, tai būtinai mums kažką papasakos apie visus smegenis“.

Sudėtingos neuronų jungtys, kurias išpainiojus, jų ilgis siektų 150 m, buvo išdėliotos vaizdalapyje, atliekant kruopštų procesą, prasidėjusį nuo vaisinės muselės smegenų supjaustymo į 7000 plonų nuopjovų. Kiekviena iš jų buvo nufotografuota elektroniniu mikroskopu, kad išryškėtų vos 4·10⁻⁶ mm pločio struktūros. Po to tyrėjai, pasitelkė dirbinį intelektą analizuoti milijonus atvaizdų ir atsekti kiekvieno neurono ir sinapsinio ryšio kelią po visas mažutėlį organą. Kadangi DI pridarė daugybę klaidų, buvo pasamdyta mokslininkų ir savanorių iš viso pasaulio armija, kuri padėjo ištaisyti klaidas ir vaizdalapį užbaigti.

Apsiginklavę diagramomis, tyrėjai aptiko neuronus-„tardytojus“, kurie, panašu, apjungia įvairius informacijos tipus, ir „siųstuvus“, kurie gali siųsti aktyvumą koordinuojančius signalus įvairiomis neuronų grandinėmis. Taip pat buvo aptikta tam tikra neuroninė grandinė, kuriai suveikus, einančios vaisinės muselės sustodavo vietoje it įbestos.

Mokslininkai panaudojo jungčių — konektų — schemą sukurti kompiuterinę dalies musių smegenų kompiuterinę simuliaciją. Simuliacijos eksperimentais jie išsiaiškino neuronų jungtis, naudojamas apdoroti skonį. Iš čia darytian išvada, kad būsimos simuliacijos gali labiau nušviesti smegenų ryšių įtaką gyvūnų elgesiui.

 

„Konektomika — neuromokslų skaitmeninės transformacijos pradžia… ir ši transformacija pereis į smegenų simuliaciją, — mano Seungas. — Tai smarkiai paspartins neuromokslų tyrimus“.

Projekto, kuriame dalyvavo tyrėjai iš Kanados, Vokietijos, MRC molekulinės biologijos laboratorijos ir Cambridge'o universiteto JK, publikuotas devyniais straipsniais žurnale Nature.

Emory universiteto Atlantoje neuromokslinnkės dr. Anita'os Devineni lydimajame straipsnyje drozofilos smegenų atlaso sudarymas vadinamas „kertiniu pasiekimu“. Jau pradėtas pelės smegenų atlaso sudarymas, kurį tyrėjai viliasi užbaigti per kitus penkis-dešimt metų.

Tačiau tokio žygdarbio pakartojimas su žmogaus smegenimis, kuriose 86 mlrd. neuronų ir trilijonai ryšių — visai kitas klausimas. Žmogaus smegenys maždaug milijoną kartų sudėtingesnės nei vaisinės muselės, tad dabartinėmis technologijomis tokį atlasą sudaryti beveik neįmanoma

Tam prisireiktų gigantiškos atminties: mokslininkų skaičiavimu, reikėtų 1 zetabaito (ZB = 1000⁷ B), kas atitinka viso interneto informacijos kiekiui per metus. Realistiškiau būtų sudarinėti žmogaus smegenų dalių neuronų ryšių vaizdalapius, ir toks tyrimas galėtų nušviesti, ar neteisingas neuronų „prijungimas“ yra neuropsichiatrinių ir kitų sutrikimų priežastis.

republic.ru