Ученые научились предсказывать связи между нейронами

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.

Ученые обозначили основные принципы, определяющие взаимосвязи между нейронами

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.