Σε μια παγκόσμια πρωτιά για τη νευροεπιστήμη, ερευνητές δημιούργησαν τον μεγαλύτερο και πιο λεπτομερή χάρτη εγκεφαλικής δραστηριότητας που έχει καταγραφεί ποτέ σε θηλαστικό, αποτυπώνοντας με εντυπωσιακή ακρίβεια τόσο τη δομή όσο και τη λειτουργία των νευρώνων.
Η τρισδιάστατη ανακατασκευή, που περιλαμβάνει πάνω από 200.000 εγκεφαλικά κύτταρα (εκ των οποίων περίπου 82.000 είναι νευρώνες) και 500 εκατομμύρια συνάψεις, καλύπτει ένα κυβικό χιλιοστό ιστού από τον οπτικό φλοιό ενός ποντικιού – μια περιοχή του εγκεφάλου που εμπλέκεται στην επεξεργασία της όρασης. Το νευρωνικό «καλωδιωμένο δίκτυο» που αποτυπώθηκε ξεπερνά τα 4 χιλιόμετρα, αποκαλύπτοντας με πρωτοφανή ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο οι νευρώνες επικοινωνούν και επεξεργάζονται οπτικά ερεθίσματα.
Αναλύοντας τη «ζωντανή» δραστηριότητα του εγκεφάλου
Το εντυπωσιακό εγχείρημα φέρει την υπογραφή του έργου MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks), μιας διεθνούς ομάδας άνω των 150 επιστημόνων. Για πρώτη φορά, οι ερευνητές κατάφεραν να συνδυάσουν με τέτοια λεπτομέρεια την ανατομία του εγκεφάλου με την ενεργή λειτουργία του, κάτι που μέχρι σήμερα θεωρούνταν άπιαστο όνειρο για τη νευροεπιστήμη.
Η διαδικασία περιλάμβανε την καταγραφή των σημάτων 76.000 νευρώνων την ώρα που ένα ποντίκι παρακολουθούσε βίντεο – μεταξύ των οποίων και σκηνές από την ταινία The Matrix – επί δύο ώρες. Αμέσως μετά, οι επιστήμονες πήραν έναν κυβικό χιλιοστό ιστού από τον εγκέφαλο του ποντικιού και τον έκοψαν σε χιλιάδες εξαιρετικά λεπτές φέτες, κάθε μία με πάχος μικρότερο από μία ανθρώπινη τρίχα.
Χάρτης με αστρονομική λεπτομέρεια – χάρη στην τεχνητή νοημοσύνη
Οι εικόνες από αυτές τις φέτες επεξεργάστηκαν με τεχνητή νοημοσύνη και μηχανική μάθηση, προκειμένου να αποδοθεί πλήρως η αρχιτεκτονική του εγκεφάλου, αλλά και να αντιστοιχιστούν οι νευρώνες με τη δραστηριότητά τους σε πραγματικό χρόνο.
«Το να παρακολουθείς αυτό τον χάρτη είναι σαν να κοιτάς έναστρο ουρανό – νιώθεις δέος μπροστά στην πολυπλοκότητα του εγκεφάλου», σχολιάζει χαρακτηριστικά ο Forrest Coleman από το Ινστιτούτο Άλεν για την Επιστήμη του Εγκεφάλου.
Ανάλογης εμβέλειας ήταν και τα λόγια της Mariela Petkova από το Χάρβαρντ, η οποία τόνισε πως «είναι η πρώτη φορά στην ιστορία της νευροεπιστήμης που καταφέραμε να δούμε τη δραστηριότητα τόσων πολλών νευρώνων ενταγμένων στο πλήρες δίκτυο των συνδέσεών τους».
Ανοικτός στην επιστημονική κοινότητα
Τα αποτελέσματα της έρευνας παρουσιάστηκαν σε οκτώ επιστημονικές δημοσιεύσεις στα περιοδικά Nature και Nature Methods, ενώ τα δεδομένα έχουν ήδη τεθεί στη διάθεση της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας. Ο χάρτης αναμένεται να δώσει ώθηση σε νέες μελέτες για τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται πληροφορίες, επιταχύνοντας εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη, τη νευροχειρουργική και τη θεραπεία νευρολογικών παθήσεων.
Ο Moritz Helmstaedter, επικεφαλής ερευνητής στο Ινστιτούτο Max Planck στη Γερμανία, χαρακτήρισε το έργο «άθλο», λέγοντας ότι «ο συνδυασμός λειτουργίας και δομής σε τέτοια κλίμακα είναι πρωτοφανής».
