Rozszyfrowywanie tajemnych głębi mózgu

[Data: 2011-04-12]

Finansowani ze środków unijnych naukowcy opracowali innowacyjną, nową technikę, która po raz pierwszy jest w stanie zmapować zarówno połączenia, jak i funkcje komórek nerwowych mózgu, przybliżając naukowców o krok do zbudowania komputerowego modelu mózgu.

Badania opisane w czasopiśmie Nature zostały przeprowadzone przez grupę neuronaukowców z University College w Londynie (UCL) i dofinansowane częściowo z grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych dla początkujących z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR).

Według szacunków mózg składa się ze 100 miliardów komórek nerwowych („neuronów”), a każda z nich jest połączona z tysiącami innych komórek nerwowych, co daje w przybliżeniu łącznie 150 trylionów połączeń (inaczej „synaps”).

W podobnym duchu co genetyka, która mapuje nasz garnitur genetyczny, ten nowy typ badań nazwany „konektomiką” ma na celu zmapowanie synaps mózgu. Kiedy naukowcy zrozumieją te połączenia, będą mogli zobaczyć, jak informacje przepływają przez obwody mózgu i rozpocząć poznawanie naszego postrzegania, odczuwania i myślenia.

Wiedza ta pomoże pogłębić nasze zrozumienie choroby Alzheimera, schizofrenii i udarów.

„Jak rozszyfrowujemy sposób funkcjonowania obwodów neuronalnych mózgu?” – pyta dr Tom Mrsic-Flogel, jeden z naukowców z UCL. „Najpierw musimy poznać funkcję każdego neuronu i dowiedzieć się, z jaką inną komórką mózgową jest połączony. Jeżeli uda nam się znaleźć metodę mapowania połączeń między komórkami nerwowymi odpowiedzialnymi za pewne funkcje, będziemy w stanie przystąpić do prac nad modelem komputerowym wyjaśniającym, jak złożona dynamika sieci neuronalnych generuje myśli, odczucia i ruchy.”

Zespół wykorzystał technikę wypracowaną na myszach, która umożliwia powiązanie informacji dotyczących funkcji neuronów ze szczegółami ich połączeń synaptycznych. Wykorzystanie obrazowania o wysokiej rozdzielczości do obserwacji kory wzrokowej mózgu myszy, gdzie znajdują się tysiące neuronów i miliony rozmaitych połączeń, umożliwiło zespołowi odkrycie, które z neuronów reagują na konkretny bodziec, na przykład na poziomą krawędź.

Naukowcy zbadali następnie inny podzbiór neuronów, aby sprawdzić, które z nich reagują na te same bodźce, dzięki czemu mogli prześledzić, czy są one synaptycznie połączone z pierwszą grupą neuronów.

Odkryli, że neurony reagujące bardzo podobnie na ten sam bodziec wzrokowy, taki jak krawędzie o tym samym położeniu (tj. poziomym lub pionowym) lub bardziej złożone elementy wzrokowe, jak np. twarze, wykazywały tendencję do ściślejszego łączenia się ze sobą, niż te które reagowały na inne bodźce.

Odkrycia dokonane w ramach tych badań poszerzają zatem naszą wiedzę o tym, czy lokalne połączenia między neuronami czasami tworzą się losowo, niezależnie od funkcji, czy też neurony łączą się z innymi neuronami w następstwie reakcji na konkretne bodźce.

„Zaczynamy rozsupływać zawiłości mózgu” – mówi dr Mrsic-Flogel. „Kiedy poznamy funkcję i łączliwość komórek nerwowych poprzez różne warstwy mózgu, będziemy mogli rozpocząć prace nad komputerową symulacją funkcjonowania tego niezwykłego organu. Niemniej potrzebnych będzie wiele lat wspólnych wysiłków naukowców i potężnej mocy obliczeniowej komputerów zanim będzie można osiągnąć ten cel.”

Dzięki tym pracom przybliżono poznanie złożonych, wewnętrznych mechanizmów funkcjonowania mózgu, wyposażając neuronaukowców w nowe narzędzie do dalszego badania tego najbardziej tajemniczego organu człowieka. Odkrycia mają również pozytywne znaczenie dla poznania funkcjonalnych obwodów w regionach odpowiedzialnych za dotyk, słuch i ruch.

Więcej informacji:

University College w Londynie:

http://www.ucl.ac.uk/

Teksty pokrewne: 33267

Kategoria: Wyniki projektów
Źródło danych: University College w Londynie; Nature
Referencje dokumentu: Ko, H., et al. (2011) Functional specificity of local synaptic connections in neocortical networks. Nature. DOI: 10.1038/nature09880.
Indeks tematyczny: Opieka zdrowotna/służby zdrowia ; Innowacja, transfer technologii; Nauki biologiczne; Medycyna, zdrowie; Badania Naukowe

RCN: 33299

http://cordis.europa.eu/fetch?CALLER=PL_NEWS_FP7&ACTION=D&DOC=3&CAT=NEWS&QUERY=012f5cfc8a23:4139:5bdcea6e&RCN=33299

Rating: 0.0/10 (0 votes cast)

Rating: 0 (from 0 votes)

Wyniki nowych badań rzucają światło na rolę układu immunologicznego w chorobie Alzheimera Komórki odpornościowe mózgu mogą być odpowiedzialne za utratę neuronów wiązaną z chorobą Alzheimera, jak sugerują wyniki nowych badań finansowanych ze środków unijnych. Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Neuroscience, mogą przyczynić......
Unijni naukowcy wykorzystują terapię genową do spowolnienia choroby mózgu Adrenoleukodystrofia sprzężona z chromosomem X (ALD) to choroba mózgu, którą można leczyć poprzez połączenie terapii genowej z terapią komórkami macierzystymi krwi – jak pokazują wyniki nowych badań, sfinansowanych ze środków......
Ołów powoduje guza mózgu < %image(sen-kobieta-ziewanie-images.jpg|47|66|Ołów powoduje guza mózgu)%>Osoby narażone na regularny kontakt z ołowiem mają o 50 proc. większe ryzyko zgonu z powodu guza mózgu - informują naukowcy z USA na łamach pisma "International Journal of Cancer"....