Над 150 учени от международния проект MICrONS постигнаха изключителен научен пробив, като създадоха най-детайлната досега 3D карта на мозъчните връзки и активност в мозък на бозайник. Проучването, публикувано в осем свързани статии в списанията Nature и Nature Methods, описва как учените са реконструирали цялостна невронна мрежа от едва един кубичен милиметър мозъчна тъкан от мишка, намираща се в зрителната кора – област от мозъка, отговорна за обработката на визуална информация.
Над 200 000 мозъчни клетки и 4 километра невронни влакна
Резултатът е високорезолюционна триизмерна карта, която съдържа над 200 000 мозъчни клетки, от които приблизително 82 000 са неврони. Учените са идентифицирали повече от 500 милиона синапса – местата, където невроните комуникират помежду си, както и над 4 километра невронни влакна (аксони и дендрити), преплетени в тази микроскопична мозъчна област.
Досега единствената карта с подобен мащаб беше създадена от човешки мозък и включваше едва 16 000 неврони и 150 милиона синапса. Новото постижение не само надвишава тези показатели многократно, но за първи път свързва конкретна мозъчна активност с детайлната структура на невронните връзки — нещо, което досега никога не е било постигано в невронауката.
How does the brain work?
Scientists are closer to the answer with the largest wiring diagram and functional map of a mammalian brain to date. 🧵 pic.twitter.com/7wXTY8jH3g
— Allen Institute (@AllenInstitute) April 9, 2025
Как е създадена картата
Процесът започва със записване на активността на около 76 000 неврона, докато мишката гледа видеа – сред тях и сцени от култовия филм Матрицата – в продължение на два часа. След това учените замразяват мозъка и го нарязват на хиляди свръхтънки срезове, всеки с дебелина, равна на една четиристотна част от човешки косъм.
Изображенията от всяка тъканна срезка са дигитализирани, след което са сглобени в триизмерна карта. Чрез изкуствен интелект и алгоритми за машинно обучение изследователите идентифицират отделните неврони, техните разклонения и връзки със съседни клетки. Финалната стъпка е свързването на структурната карта с реалната невронна активност, което дава безпрецедентен поглед върху начина, по който мозъкът обработва визуална информация.
Този проект бележи ключов момент в развитието на конектомиката – научна област, чиято цел е да картографира всички връзки в мозъка и да разбере как те обуславят човешкото поведение, мислене и възприятие.
„Това е нещо, което невронауката досега не е успявала да постигне – да картографира едновременно структурата и функцията на толкова голям брой неврони“, коментира д-р Мариела Петкова, невролог от Харвардския университет, която не е участвала в проекта. „Никога не сме виждали нещо с такъв мащаб.“
The brain as it’s never been seen before.
Scientists have created the largest wiring diagram and functional map of a mammal brain to date. @princetonneuro @JHUAPL @UWGradSchool @bcmfromthelabs @unigoettingen pic.twitter.com/2oYrG1lKkN
— Allen Institute (@AllenInstitute) April 9, 2025
Нейният колега, д-р Форест Колман от Института „Алън“ по мозъчна наука в Сиатъл, описва данните като „поразително красиви“ и сравнява преживяването с „взирането в звездното небе – усещане за безкрайна сложност и подредба“.
Ресурсите от проекта MICrONS са достъпни онлайн за научната общност, като вече се използват от различни изследователски екипи по света. Според д-р Мориц Хелмщетер от института „Макс Планк“ по мозъчна наука в Германия, това е „уникално съчетание на функция и структура, което открива нови хоризонти за изследване на мозъка“.
Създаването на такава комплексна и многопластова карта на мозъчната дейност и структура не само затвърждава ролята на съвременните технологии в разкриването на тайните на мозъка, но и проправя пътя към по-прецизни подходи в лечението на неврологични заболявания като Алцхаймер, епилепсия и депресия.