Das Gehirn in 3D: neue Forschung beleuchtet Zell-Schaltungen

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler eine dreidimensionale Schaltung verbundener Zellen in das Gehirn Sitz des Bewußtseins rekonstruiert. Ihre neue Ansatz, der die Verwendung von High-Tech-Mikroskopen und einen Supercomputer beinhaltet, bietet die einmalige Gelegenheit, die aufwendige Verkabelung des Gehirns zu entwirren, indem Sie navigieren durch den Wirren und dichten Dschungel von Zellen – ähnlich wie Google durchsucht das Web.

Die Forschung, veröffentlicht von zwei getrennten Teams in der 10 März-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature, demonstriert die Möglichkeit der Bekämpfung Fragen zur Funktion des Gehirns, die traditionelle Methoden ansprechen können. Eine Studie wurde unter der Leitung von Neurobiologe Clay Reid von der Harvard University, und der andere wurde angeführt von Winfried Denk am Max Planck Institut für medizinische Forschung in Heidelberg, Deutschland. [Bild der Gehirnzelle Karte]

Wie Gehirn-bildgebende Verfahren voraus, hatten Wissenschaftler großen Erfolg betrachtet man die Aktivität der Gehirnzellen. Während dies die beantwortet "Was tun sie" Frage, es hat nicht beleuchten das Geheimnis "wie machen sie es".

So wandte sich die Forscher an der Großhirnrinde, der äußeren Schicht des Gehirns in geistige Funktionen höherer Ordnung, einschließlich Speicher verwickelt.

"Kortikale Schaltungen sind sehr groß, und bisher haben wir uns mit Netzwerke von Zellen verkabelt zwei Zellen zu einem Zeitpunkt oder eine Handvoll Verbindungen zu einem Zeitpunkt" Reid sagte LiveScience. "Diese Kombination von Techniken gibt uns die Hoffnung, dass in den kommenden zehn Jahren wir in der Lage werden zu sehen die Physiologie der buchstäblich jede Zelle in einem lokalen Netzwerk."

Die einzelnen Techniken verwendeten Reid sind nicht neu, aber er und sein Team sorgfältige Verfahren für den Abgleich der Gehirnstruktur Daten mit neuronalen Aufnahmen, eine Schaltung im visuellen System von Mäusen neu entwickelt.

Sie hatten zunächst Labormäusen beleuchtete Bars auf einem Bildschirm zu sehen, wie sie die Aktivität von über einem Dutzend Neuronen bekannt, eine Rolle in der Maus Vision gemessen.

Um herauszufinden, wie diese Neuronen physisch in einem Stromkreis verbunden waren, wandte sich die Forscher dann an das Elektronenmikroskop (EM), das hochauflösende Bilder von den Tieren Hirngewebe produziert von Elektronen auf mehr als 1.200 kleinen strahlend, neben Scheiben des Gehirns.

Sie verwendet einen Supercomputer zu besticken zusammen Millionen von hochauflösenden Bildern, wodurch eine dreidimensionale Karte, das aussah wie ein Wald von undurchsichtigen Drähte, sagte Reid.

Um die Daten von Interesse innerhalb der Mikroskop-Bilder zu finden, verfolgt die Forscher manuell der Neuronen, die Sie hatten bereits aufgenommen und Hunderte von ihren Verbindungen mit benachbarten Zellen vorgezeichnet.

Sie konzentrierten sich auf 10 Gehirnzellen, die Vision in den Mäusen kritisch zu sein schien. "sie verbrachte drei Monate ihres Lebens zeichnen dreidimensionales Strichmännchen 10 Neuronen", sagte Reid. Sie kroch im Wesentlichen durch das Gehirn dichtes Gestrüpp, springen von Neuron zu Neuron, erstellen Sie ein teilweise Diagramm das Mäusegehirn visuelle Schaltung, dazu beitragen, um die Frage zu beantworten "wie das Gehirn sieht?" Reid sagte. [Bemühen, menschliches Gehirn Karte steht vor komplexen Herausforderungen]

Jüngsten Fortschritte bei der Datenerfassung, Speicherung und Verarbeitung ermöglicht die Forschung und Weiterentwicklungen Wissenschaftler, Schaltkreise von Hunderten oder Tausenden von Neuronen Sonde ermöglicht, sagte Reid. "Das ist, wenn es wirklich interessante erhalten: Wenn wir haben ein viel größere und Dichter angeschlossene Netzwerk."

"Diese Studie nicht das letzte Wort," fügte Reid. "Es ist sehr viel beim erste Versuch auf etwas, der sehr spannend ist, dass wir hoffen in den nächsten Jahren eine Menge Antworten geben wird."