211service.com
Jak mózg muchy wykrywa ruch
Jeden z największych opublikowanych dotychczas konektomów pokazuje, w jaki sposób mózg może wykrywać ruch.
Flyswatter spotter: Rekonstrukcja 379 neuronów zaangażowanych w wykrywanie ruchu u muszki owocowej.
Naukowcy z Instytutu Howarda Hughesa Kampus Janelia Farm Research i ich współpracownicy raport w Natura W środę udało im się zrekonstruować kształty i połączenia neuronów w niewielkiej części mózgu muchy, która jest odpowiedzialna za wykrywanie ruchu wzrokowego.
Dzięki tak szczegółowemu odwzorowaniu struktury mózgu naukowcy uzyskali nowy wgląd w to, jak mózg wykrywa ruch. Ich praca jest najnowszym przykładem wielu bieżących wysiłków w neuronauce mających na celu zrozumienie funkcjonowania mózgu poprzez budowanie skomplikowanych diagramów połączeń neuronalnych lub konektomów (patrz Connectomics ).
Teoria dotycząca tego, jak neurony mogą współpracować w celu interpretacji ruchu, istniała od około 60 lat, ale naukowcy nie wiedzieli, w jaki sposób obwody neuronalne przeprowadzają zachowanie, mówi starszy autor Dymitr Czkłowski . Po części dlatego, że śledzenie obwodu neuronowego, nawet w małym mózgu muszki owocowej, jest niezwykle trudne, mówi.
Aby zbudować szczegółową trójwymiarową mapę, Chklovskii i współpracownicy zrobili zdjęcia bardzo cienkich kawałków wyrzeźbionych z zamrożonego mózgu muchy, a następnie zszyli ze sobą ponad 20 000 tych zdjęć. Byli w stanie zautomatyzować większość tej rekonstrukcji, ale ludzie musieli przejść, aby sprawdzić błędy. W sumie do zbudowania konektomu 379 komórek z 8637 połączeniami synaptycznymi potrzeba było około 14 400 osobogodzin.
Naukowcy zidentyfikowali komórki połączone ze sobą w obwodach, które pasują do istniejącego modelu wykrywania ruchu przez mózg. Jednak aby w pełni połączyć informacje strukturalne z zachowaniem, wzorce aktywności neuronów muszą być połączone z tymi szczegółowymi mapami. Mapowanie aktywności neuronów w mózgu jest jednym z głównych celów inicjatywy neuronauki na dużą skalę, ogłoszonej przez prezydenta Obamę na początku tego roku (patrz Mapa aktywności mózgu).
Idąc tym tropem, bardziej kompletna historia tego, jak mózg oblicza ruch, pojawiła się, gdy schemat połączeń został połączony z wynikami innego badania opublikowany w tym samym numerze z Natura . Używając cząsteczek fluorescencyjnych, które świecą, gdy neurony są aktywne, drugi zespół naukowców wykazał, że każdy z czterech podzbiorów neuronów w konektomie ruchu reaguje na ruch w jednym z czterech głównych kierunków: w lewo, w prawo, w górę i w dół.
Dzięki połączeniu naszych prac anatomicznych z teorią oraz fizjologii i behawioralnej pracy innych laboratoriów, cała historia staje się teraz jasna, mówi Chklovskii. Jak mówi Chklovskii, konekmy mózgów much i mózgów człowieka różnią się od siebie, ale w obu przypadkach mózgi muszą wykonywać podobne obliczenia. Wyciągnięte wnioski dostarczą wglądu w rozwiązanie, w jaki sposób bardziej złożone obliczenia są wykonywane w mózgach zwierząt, w tym kręgowców takich jak my.