Наука ещё на один шаг приблизилась к созданию полной компьютерной модели человеческого мозга: исследователи из Университетского колледжа Лондона (Великобритания) придумали, как преобразовать данные не только о соединениях нервных клеток, но и об их функциях.
Новая область исследований названа коннектомикой (connectomics), дабы подчеркнуть параллель с геномикой — наукой, занимающейся описанием генетических структур. Модель синапсов головного мозга поможет понять, как рождаются восприятие, ощущения, мысли и что идёт не так при болезни Альцгеймера, шизофрении, инсульте...
Это далеко не тривиальная задача: по некоторым оценкам, в мозге находится сто миллиардов нервных клеток (нейронов), каждая из которых связана с тысячами других, в результате чего количество синапсов может достигать 150 триллионов. «Как понять работу нейронной схемы мозга? — спрашивает сам себя ведущий автор исследования Том Мршич-Флогель (Tom Mrsic-Flogel). — В первую очередь необходимо уяснить функции каждого нейрона и узнать, с какими клетками он соединён. Если найти способ отображения соединений между нервными клетками, вовлечёнными в выполнение определённых функций, можно приступить к разработке полноценной компьютерной модели».
Нервные клетки в различных областях мозга выполняют разные функции. Британские учёные сосредоточились на зрительной коре, которая обрабатывает информацию, поступающую от глаз. Одни нейроны в этой части мозга специализируются на поиске границ объектов, другие активируются при обнаружении горизонтальных краёв, третьи — вертикальных. Нейроны, находящиеся чуть выше в визуальной иерархии, отвечают за более сложные задачи — например, распознавание лиц, а не носа и рта по отдельности.
Сначала на примере мозга мышей исследователи определили, на какие зрительные раздражители отвечают нейроны. Затем, взяв образец той же ткани, учёные прикладывали к нейронам небольшой ток, чтобы увидеть их синаптические связи.
Исследование решает спор о том, являются ли локальные соединения между нейронами случайными, — иными словами, связываются ли нервные клетки спорадически, независимо от своего функционала, или же они организованы — например, в зависимости от реакции на различные раздражители. Учёные показали, что нейроны, которые очень похоже отзываются на визуальные стимулы, как правило, соединяются друг с другом гораздо чаще, чем те, что предпочитают иные воздействия.
С помощью данного метода исследователи планируют начать создание схем областей мозга с определёнными поведенческими функциями. «На это уйдёт много лет совместных усилий мирового научного сообщества», — полагает
г-н Мршич-Флогель.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
