Мышиные мысли в 3D-формате

Теперь в распоряжении ученых имеется компьютеризованная 3D-карта участка головного мозга мыши.
Фото Reuters

Сотрудники гейдельбергского Института медицинских исследований, которым помогали 70 студентов университета, создали компьютеризованную 3D-карту соединений 114 биполярных клеток сетчатки мыши со всеми их аксонами и дендритами.

Биполярные клетки получают сигнал на одном конце и посылают импульс с другого. Их дендриты образуют плотную сеть, суммируя на себе сигналы от многочисленных фоторецепторов, то есть от светоулавливающих палочек и колбочек. Трехмерная карта станет неплохой моделью для будущих исследований. Предстоит разобраться в связях как минимум 70 млрд. нейронов головного мозга с их километрами разных отростков. Считается, что каждая нервная клетка связана как минимум с тысячей других. Эти связи очень важны для нормального функционирования мозга. Тот же рассеянный склероз страшен тем, что собственные аутоиммунные лимфоциты начинают атаковать защитную оболочку нервных отростков. Пока, к сожалению, в распоряжении ученых нет достаточно мощных компьютеров, чтобы проанализировать такие ансамбли клеток хотя бы для одного мозга.

В Гейдельберге создали специальную программу «Кноссос», которая позволяет объединить усилия нескольких наблюдателей, выдавая при этом общую картину. Критский царский дворец Кносс использован в названии программы не случайно, поскольку он знаменит своим запутанным лабиринтом, по которому пробирался отважный Тезей.

Небольшой участок сетчатки мыши был покрашен солями тяжелых металлов, что сделало видимыми каждую клетку. Далее был использован трехмерный – сканирующий – электронный микроскоп, на изображениях которого отмечали каждое клеточное тело и отростки, после чего компьютер строил пространственную реконструкцию срезов. Использование старых программ потребовало от человека 30 лет работы, поскольку результат необходимо было бы несколько раз перепроверять. Дело в том, что точки ветвления отростков нелегко идентифицировать даже под электронным микроскопом, тем более что внимание в ходе работы ослабевает.

«Кноссос» резко уменьшает временные затраты, поскольку он как минимум в 50 раз быстрее всех существующих программ. К тому же новый софт позволяет работать нескольким исследователям и их добровольным помощникам одновременно. Программный интерфейс весьма прост и не требует особых навыков для овладения. Многие студенты университета работали с ноутбуками дома, посылая свои результаты по электронной почте. Ученые вынуждены были признать, что количество студенческих ошибок лишь ненамного превышало таковое у опытных нейробиологов. Помогало также то, что вспомогательная программа подобно компьютерному проверяльщику орфографии указывала на возможные ошибки, которые легко было проверить заново и по мере необходимости исправить. Таким образом, результаты получались не только быстрыми, но и надежными.

Ученые – кураторы студенческих усилий признают, что коллективу впервые удалось распутать пусть и простую, но нервную сеть. Дальнейшая работа по реконструкции всей совокупности нервных клеток, составляющих мозг, будет даже сложнее, чем расшифровка генома человека. Теперь же в Гейдельберге поставили себе задачу восстановить соединительную сеть фрагмента мышиной коры. Кора головного мозга, как известно, представляет собой процессор ментальных процессов, если определение «умственная деятельность» приложимо к мозгу лабораторного грызуна.