Ученые научились предсказывать связи между нейронами

21 сентября, 2012 Неврология  Нет комментариев

Одна из самых первостепенных задач в области неврологии — выявление карты синаптических межнейронных связей, т.н. Connectome. Это поистине святой Грааль неврологии, который объяснит, как распределяются информационные потоки в головном мозге. В документе, опубликованном в Трудах Национальной академии наук, ученые проекта EPFL Blue Brain обозначили основные принципы, определяющие взаимосвязи между нейронами. Эти механизмы были реконструированы виртуально и сравнивались с реальными образцами млекопитающих. Отныне стало возможным предсказывать места синапсов в коре головного мозга. Соответствие реальной и реконструированной модели было очень высоким — от 75 до 95%.

«Это большой прорыв, потому что иначе при создании виртуальной модели нам пришлось бы тратить десятилетия, если не века, для того, чтоб отобразить поштучно каждый синапс в мозгу», — говорит Генри Маркарм, руководитель проекта.

Нейроны растут независимо друг от друга, там, где это возможно физически, и в местах, где они случайно «сталкиваются», формируются синаптические связи.

Были также обнаружены исключения из этого правила — когда нейроны используют сигналы для того, чтобы изменить статистическую связь. Принимая во внимание полученные данные о стандартном поведении нейронов и этих исключениях, Blue Brain Project могут осуществить почти идеальное прогнозирование расположения всех синапсов внутри заданного контура.

Для достижения этих результатов команда BBP использовала беспрецедентные данные о геометрических и электрических свойствах нейронов, кропотливо собираемые в течение почти 20 лет экспериментов на кусочках живой ткани головного мозга. Каждый нейрон в цепи был реконструирован в трехмерной модели на мощном суперкомпьютере. Около 10 тыс. виртуальных нейронов были упакованы в трехмерном пространстве в случайном местоположении, но в соответствии с морфологическим строением и плотностью живых тканей. Затем ученые снова сравнили полученную модель с настоящим мозгом млекопитающих и выяснили, что восстановленная структура стабильно соответствует настоящей.

Это открытие объясняет, почему мозг способен выдержать даже серьезные повреждения, а также указывает на схожесть местоположений синапсов у особей одного вида. Работа дает представление о важнейших принципах, которые регулируют работу нервной системы.

Читайте также