Odtworzono wirtualny wycinek mózgu

Od 10 lat międzynarodowy zespół próbuje rozłożyć wycinek mózgu młodego szczura na części i odtworzyć jego cyfrową wersję. Inicjatywą Blue Brain Project kierują naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL). Właśnie zaprezentowano pierwszy szkic rekonstrukcji, składający się z ponad 31 tys. neuronów, 55 warstw komórek i 207 podtypów neuronów.

Henry Markram z EPFL i inni zrekonstruowali cyfrowo wycinek kory nowej (neokorteks). Wybrali właśnie ją, bo jest dobrze scharakteryzowana. W wirtualnym fragmencie uwzględniono typowe dla neokorteks neurony, odtworzono też system połączeń, w tym blisko 40 mln synaps.

Rekonstrukcja wymagała ogromnej liczby eksperymentów. Toruje ona drogę przewidywaniu lokalizacji i liczby synaps, a nawet liczby przepływów jonów w ich obrębie - wyjaśnia Markram.

Gdy rekonstrukcja się zakończyła, akademicy wykorzystali superkomputery do symulowania zachowania neuronów w różnych warunkach. Okazało się np., że modyfikując stężenie kationów wapnia, można było uzyskać większy zakres aktywności na poziomie obwodów, niż dało się przewidzieć tylko na podstawie cech poszczególnych neuronów.

W czasie symulacji zaobserwowano wolne synchroniczne fale aktywności neuronów (tak jak w śnie), co sugeruje, że obwody neuronalne mogą się przełączać między różnymi stanami, leżącymi u podłoża ważnych zachowań. Przypomina to procesor komputera, który rekonfiguruje się, by skupić na pewnych zadaniach. Eksperymenty sugerują istnienie spektrum stanów, a to rodzi szereg nowych pytań, np. co się dzieje, gdy utkniemy w złym stanie?

Zespół chce ulepszyć model i nadal badać teorię zależności od stanu. Z uzyskanymi dotąd wynikami można się zapoznać na stronie internetowej Blue Brain Project.

neokorteks kora nowa wycinek cyfrowa rekonstrukcja szczur synapsa model Henry Markram