17/08/2022
המוח: צורה ותפקוד – פעם ראשונה בסרטון
בעזרת כלי ההדמיה העוצמתיים של ימינו, מדעני מוח יכולים לפקח על הירי והתפקוד של נוירונים רבים ומובחנים במוחנו, אפילו בזמן שאנו נעים בחופשיות. בנוסף, יש ברשותם מאגר כלים ללכוד תמונות יוצאות דופן ברזולוציה גבוהה של אלפי נוירונים בודדים, תוך התחקות אחר הצורה של כל ענף מורכב של המבנים דמויי העצים במוח.
רוב גישות ההדמייה המוחית אינן לוכדות צורה ותפקוד עצבי בבת אחת, אך הסרטון הזה הצליח. מבט ראשון מסוגו לתוך מוח יונקים שנוצר על ידי אנדראס טוליאס (Andreas Tolias) ועמיתיו ממכללת ביילור לרפואה ביוסטון, טקסס, כולל כ-200 נוירונים בקליפת הראייה, הקולטת ומעבדת מידע חזותי. ראשית, רואים רשת צבעונית צפופה של נוירונים. לאחר מכן, אותם נוירונים, שנצבעו בוורוד, אדום, כחול וירוק, נפרדים אלה מאלה וחושפים את הדפוסים והצורות המפורטים שלהם. לאורך הסרטון ניתן לראות פעילות עצבית, המופיעה כהבזקים לבנים הדומים לברק.
יצירת הסרטון הייתה תהליך רב-שלבי. ראשית, קבוצת טוליאס הציגה לעכברי מעבדה סדרה של רמזים חזותיים, תוך שימוש בגישת הדמיה פונקציונלית הנקראת הדמיית סידן דו-פוטונית כדי לתעד את הפעילות החשמלית של נוירונים בודדים. על אף שהטכניקה הזו אפשרה לחוקרים לאתר את המיקומים והפעילות המדויקים של כל נוירון בודד בקליפת המוח החזותית, הם לא יכלו להתקרב מספיק כדי לראות את המבנים המדויקים שלהם.
לפיכך, צוות ביילור שלח את העכברים לעמיתיהם במכון אלן למדעי המוח בסיאטל, וושינגטון, שם היו ברשותם המיקרוסקופים האלקטרונים הדרושים ומומחיות טכנית כדי לצפות מקרוב במבנים הללו. הנתונים שהתקבלו אפשרו לצוות משתף פעולה נוסף מאוניברסיטת פרינסטון בפרינסטון, ניו ג'רזי, להתחקות אחר נוירונים בודדים בקליפת המוח החזותית לאורך הנתיבים המתפתלים שלהם. לבסוף, השתמשו באלגוריתמים מתוחכמים של למידת מכונה כדי ליישר בקפידה את שני מערכי ההדמיה ולהפיק את הסרטון המרהיב הזה.
הסרטון זכה בפרס הראשון בתחרות צילום ווידאו, הנתמכת על ידי מחקר המוח של המכונים האמריקניים לבריאות NIH באמצעות יוזמת קידום טכנולוגיות נוירוטכנולוגיות חדשניות.
טוליאס וצוותו כבר עושים שימוש בנתוני ההדמיה שהם מפיקים כדי ללמוד יותר על הדרכים המדויקות שבהן נוירונים בודדים וקבוצות של נוירונים בקליפת המוח החזותית של עכבר משלבים תשומות חזותיות כדי לייצר תצוגה קוהרנטית של סביבת החיה. הם גם אספו מערך נתונים גדול עוד יותר, והגדילו את הגישה שלהם לעשרות אלפי נוירונים. נתונים אלה זמינים כעת באופן חופשי עבור מדעני מוח אחרים במטרה לעזור להם לקדם את עבודתם. הסברה היא שכאשר חוקרים יעשו שימוש בנתונים אלה ודומים להם, האיחוד הזה של צורה ותפקוד עצביים יניב תגליות חדשות ברזולוציה גבוהה על המוח של יונקים, כמונו.
מקור:
https://directorsblog.nih.gov/2022/08/16/the-amazing-brain-capturing-neurons-in-action/
https://youtu.be/1P0aKD3uqmw
Functional activity measured in vivo with 2-Photon imaging with matching morphologies from the same neurons measured with electron microscopy.By Andreas Toli...