Une carte détaillée des synapses du cerveau soulevé le voile sur l'énigme de la pensée

Imaginez la carte de chaque étoile dans la galaxie. La carte est tellement détaillée qu'elle vous montre à quoi ressemble chaque étoile, ce qui est, avec une autre star liée grandes lois de la physique de l'espace. Bien que nous n'en n'a pas une telle astronomique de la carte du ciel, grâce à monumentales étude publiée la semaine dernière dans le Neurone de tourillon, nous avons eu une telle carte dans le cerveau.

Si chaque neurone a été la galaxie, les synapses sont les petites structures, les points рассыпаные le long de la змеевидных des démarches de neurones est une star. Un groupe de scientifiques de l'université d'Édimbourg au royaume-Uni a construit la première carte détaillée de chaque synapse dans le cerveau de la souris.

Carte du cerveau: la clé de l'énigme de la pensée

En Utilisant des souris génétiquement modifiées, les scientifiques ont littéralement forcé à chaque synapse s'allumer sous la fluorescence de la lumière dans tout le cerveau, comme si les étoiles dans le ciel. Et, tout comme les étoiles diffèrent l'une de l'autre, les scientifiques ont découvert que les synapses sont très variées, mais respecte les lois qui peuvent soutenir le travail de la mémoire et de la pensée.

«Dans le cerveau humain plus de synapses, que d'étoiles dans la galaxie. Le cerveau est le plus complexe de l'objet, connu de nous, et la compréhension de ses composés, à ce niveau, sera une étape importante dans la découverte de ses mystères», explique l'auteur principal de travail dr Seth Grant, Centre des sciences cliniques sur le cerveau.

Des cartes Détaillées ont montré une loi fondamentale de l'activité du cerveau. Avec l'aide de l'apprentissage automatique, l'équipe de scientifiques a divisé environ un milliard de synapses dans tout le cerveau à 37 catégories par type. Voici en effet l'essence même de l': lorsque les ensembles de neurones reçoivent des informations électrique, par exemple, le choix entre les différentes solutions des problèmes uniques des sous-types de synapses, dispersés entre les différents neurones, à l'unanimité de l'éclat de l'activité.

En d'Autres termes, les synapses sont de types différents. Et chaque type peut contrôler la pensée, de la décision ou de souvenir.

Il n'est pas Étonnant que les neuroscientifiques ont réagi au travail très positif.

«Wow», a commenté Ben Sanders de l'Université du Minnesota.

C'Est «génial l'article, каталогизирующая la diversité et la distribution des sous-types de synapse dans tout le cerveau de la souris», écrit нейрогенетик Kevin Mitchell. Cela souligne le fait que les synapses — clés de calcul des éléments du système nerveux».

Connexion connectomes

L'Intérêt des chercheurs dans la création d'un «синаптомы» — le premier massif du catalogue de synapses dans le cerveau de souris sort de beaucoup plus de projet: les connectomes.

Bref, коннектома est tous les neurones de la connexion à l'intérieur de vous. Comme le dit le dr Sebastian Сьюнг, коннектома est biologique de base qui vous êtes — vos souvenirs, de la personnalité, de vos pensées et les raisonnements. Attrapez коннектому — et un jour, les scientifiques seront en mesure de vous restaurer à l'aide de l'émulation du cerveau entier.

Et pourtant, коннектома décrit comment les neurones fonctionnellement parler les uns avec les autres. Où dans le cerveau il est codé physiquement.

Ici, entrent en jeu des synapses. Les neuroscientifiques sait depuis longtemps que les synapses transmettent des informations entre les neurones, en utilisant des produits chimiques et de l'électricité. Ont été également des conseils sur ce que les synapses varient fortement en fonction de protéines, qui contiennent, mais cette différence est généralement ignoré. Jusqu'à récemment, la plupart des scientifiques pensaient que les calculs réels se produisent dans neyronnom corps — bulbeuses partie d'un neurone, d'où sortent les branches.

Jusqu'À présent, n'avaient aucun moyen de jeter un oeil sur la morphologie et la fonction des synapses dans tout le cerveau, expliquent les auteurs. Habituellement, nous nous sommes concentrés sur la comparaison de ces points de connexion dans les petits domaines.

«la Carte синаптомы vous pouvez utiliser afin de comprendre, est-elle liée à la répartition spatiale des synapses avec l'architecture connectomes», estiment les scientifiques.

Et si oui, les futurs émulateurs du cerveau trouveront enfin, le point d'appui.

Carte синаптомы

Pour construire синаптому de la souris, les auteurs ont élaboré un plan appelé SYNMAP. Ils ont commencé avec des souris génétiquement modifiées, dont les synapses de lumière de couleurs différentes. Chaque synapse serré équipé de différentes protéines, parmi lesquelles PSD-95 et SAP102 les plus connues du seigneur. Ne vous inquiétez pas les noms. Les auteurs ont ajouté à eux lumineux des protéines, qui ont joué le rôle de lampes de poche, подсвечивающих chaque synapse dans le cerveau.

En général, tout d'abord, les scientifiques ont modifié la biologie de la souris, de forcer ses synapses brillent sous la fluorescence de la lumière.

Puis ils laborieusement нарезали le cerveau en morceaux, a utilisé un microscope pour la prise de vue des synapses dans les différentes régions du cerveau et ont recueilli des photos ensemble.

L'Image de synapses rappelle inexpérimenté oeil étroitement emballé stellaire de la carte . La catégorisation de chaque synapse va au-delà des capacités (et le temps) de toute personne, c'est pourquoi les scientifiques ont utilisé de nouvelles méthodes de classification à l'aide de la machine d'apprentissage et ont développé un algorithme qui analyse ces données, avec plus de 10 téraoctets — automatiquement, pas besoin de surveillance.

Physique коннектома

D'Abord les scientifiques ont frappé «expressive du schéma les synapses. Un marqué la protéine PSD-95 — semblait être traîné de plus en plus éloignées du centre de parties du cerveau où passent les supérieurs de la fonction cognitive. Bien que les zones se chevauchent, l'autre de la protéine éclatante préfère davantage les régions intérieures du cerveau.

Lors de l'examen approfondi, il s'est avéré que les deux lumineuse protéines représentent les différentes séries de synapses, ont expliqué les auteurs. Chaque zone du cerveau a une caractéristique de«la signature de синаптомы». Comme les empreintes digitales, qui diffèrent par la taille et la forme, les différentes zones du cerveau, il semble contiennent des synapses, qui diffèrent par la composition des protéines, de la taille et de la force.

Utiliser spécialement conçu un algorithme d'apprentissage automatique, les chercheurs ont classé les synapses à 37 sous-types. Ce qui est remarquable, la région du cerveau associée à de plus hautes capacités de raisonnement et de pensée, contenaient aussi la plus diversifiée de la population des synapses, tandis que «les zones du cerveau reptilien», ont été plus homogènes dans le contenu des synapses.

Pour voir si la diversité des synapses dans le traitement de l'information, les scientifiques ont appliqué à la modélisation informatique, montrant comment les synapses répondent sur des schémas électriques dans l'hippocampe — une région du cerveau importante pour l'apprentissage et la mémoire. L'hippocampe est l'un des domaines qui montrent une variété surprenante dans подтипах synapses.

Ce Qui est important, chaque type de traitement d'information électrique est transmis à la carte unique синаптомы — modifiez l'entrée de changer синаптома.

Cela suppose que le cerveau ne peut traiter multiple électrique d'informations, en utilisant la même zone du cerveau, parce que d'impliquer les différents синаптомы.

Les Scientifiques ont trouvé des résultats similaires quand inscrivaient les schémas électriques du cerveau de souris, essayant de choisir entre trois options de récompenses. Les différents синаптомы illuminent lorsque le choix était bon ou mauvais. Comme le plan interne de la pensée, синаптомы peint une image vivante de ce que pensait la souris, en faisant un choix.

Chaque comportement active une синаптому. Chaque синаптома est un moule de la pensée.

Reprogrammation синаптомы

Et le code informatique, синаптома, apparemment, est à la base de calcul du résultat de la décision ou de la pensée. Que, si vous modifiez ce code?

Les maladies Psychiatriques ont souvent des causes génétiques affectant les protéines dans la synapse. L'aide de la souris, qui présentaient des symptômes semblables à la schizophrénie ou l'autisme, les scientifiques ont fait de leurs cartes de синаптом — et a constaté de profonds changements dans la façon dont sont structurées et connecter les différents sous-types de synapses dans le cerveau.

Par Exemple, en réponse à l'ordinaire les schémas électriques du cerveau, certains synaptiques de la carte se manifestaient faiblement, d'autres devenaient anormalement forts de chauves-souris mutantes. Les mutations peuvent changer синаптому et potentiellement conduisent à des troubles psychiatriques. Autrement dit, si certaines maladies psychiatriques «перепрограммируют» синаптому. Les plus fortes ou tout simplement de nouvelles cartes синаптомы peuvent être la cause du fait que les patients avec la schizophrénie connaissent délires et les hallucinations.

cela Signifie que vous êtes, c'est votre синаптома?

Peut-être. L'essence de vous — les souvenirs, les pensées — il semble gravé dans la façon de s'activent différentes synapses en réponse à l'entrée. Comme une empreinte digitale, синаптому il serait possible de lire, de déchiffrer ce que vous pensez. Cependant, cette étude qu'un début. Les neuroscientifiques encore d'analyser des relations complexes entre les synapses et vous.

«Cette carte ouvre une multitude de nouveaux domaines de recherche, qui doivent transformer notre compréhension du comportement et des maladies du cerveau», dit Grant.