Эти картинки могут изменить нейронауку!

09.04.2018



Новая технология отслеживания точных путей нейронных связей в мозге работает с таким количеством клеток, о котором мы совсем недавно и мечтать не могли.

Нейробиолог Тони Задор повернул ко мне монитор и показал сложный матричный график. Это типа таблицы, только вместо цифр ячейки заполнены цветами разных оттенков и градаций. Вслух он сказал: «Когда я говорю людям, что проследил пути десятков тысяч нейронов, они такие: «Угу», а вот когда я показываю это, они такие: «Что? Ничего себе!»

То, что показал мне Задор, — это карта из 50 000 нейронов в коре мозга мыши. Такой детализации мир раньше не видел. Каждый нейрончик, каждый аксончик, как на ладони.

На основе традиционного метода картирования мозга, который включает в себя маркировку нейронов флуоресценцией, Задор поступил слегка необычным способом. Он выявил «штрих-код» в каждом отдельном нейроне. Затем рассек мозг на кубики, как тортик, а потом с помощью секвенсора ДНК получил результат. 50 000 отрендеренных нейронов в голове мыши!

Исследования продолжаются, но уже сейчас можно сказать, что MAPseq (мультиплексированный анализ прогнозов путем секвенирования), может быть использован для поиска новых типов клеток, которых мы никогда не видели. В документе также продемонстрировано, что этот новый метод высокопроизводительного картографирования сильно конкурирует по точности с флуоресцентной техникой, которая является нынешним золотым стандартом, но лучше всего работает с небольшим количеством нейронов.

Проект был рожден из-за разочарования Задора во время его работы в качестве нейрофизиолога. Он изучает слух грызунов. Как их мозг слышит звуки, обрабатывает аудиоинформацию и определяет поведенческий результат или действие. Электрофизиологические записи и другие традиционные инструменты для решения таких вопросов оставили ученого с математическим складом ума неудовлетворенным. Проблема, по словам Задора, заключается в том, что мы недостаточно разбираемся в схемах нейронов, поэтому он продолжает свою вторую работу, создавая инструменты для визуализации мозга.

Если мы хотим знать, как слышит мышь, нужно начать с карты ее нейронов. По мнению Задора, недостаток знаний о подобных нейронных схемах отчасти виноват в том, почему не было большого прогресса в лечении психических расстройств и почему искусственный интеллект до сих пор не настолько умный.

Вдохновение пришло к Задору, когда он узнал о другой технологии картирования мозга под названием Brainbow. Этот метод был замечательным тем, что генетически маркировал до 200 отдельных нейронов одновременно с использованием различных комбинаций флуоресцентных красителей. Результатом была вырви-глаз разноцветная таблица неоновых цветных нейронов, которая подробно показывала сложное смешение аксонов и тел нейронных клеток. Работа дала надежду, что картирование нейронных связей в мозге скоро станет реальностью. К сожалению с помощью микроскопа экспериментаторы могли пользоваться только 5-10 цветами, чего было недостаточно, чтобы отобразить сразу много нейронов.



Шесть сотен нейронов — это скромное начало по сравнению с десятками миллионов в мозге мыши. Но этого было достаточно для конкретной цели. В настоящее время популярная теория заключается в том, что в зрительной коре отдельный нейрон собирает конкретный бит информации от глаза, например, к краю объекта в поле зрения. Затем нейрон посылает сигнал в одну соответствующую область в головном мозге, которая специализируется на обработке такого типа информации.



Тони проверяет эту теорию. Команда сначала сопоставила несколько нейронов у мышей традиционным способом, вставив в отдельные клетки генетически закодированный флуоресцентный краситель. Затем, с помощью микроскопа, они проследили, как клетки протянулись от первичной зрительной коры (область мозга, которая получает входящие данные от глаз) до их конечных точек в другом месте мозга. Они обнаружили, что аксоны нейронов разветвлены и отправили информацию во многие области одновременно.
Изучение таких состояний, как шизофрения и аутизм часто расстраивают исследователей, поскольку имеющиеся инструменты не фиксируют достаточно деталей нейронных взаимосвязей. Понятно, что исследователи смогут сопоставить модели этих состояний и сравнить их с более типичными мозгами. Однако, «Тони делает так, что можно смотреть на мозг непредвзято», —сказал Шрекант Чаласани, молекулярный нейробиолог из Института Солка.
Детальная карта генома человека не сразу объяснила все тайны биологии, но она предоставила список биомолекулярных деталей и открыла путь для потока исследований. Аналогично, в своем нынешнем состоянии разработки MAPseq несовершенна, но Тони Задор очень взволнован и полон надежд, что технология поможет полнее исследовать мозг, лечить психические заболевания и управлять страхом.