Международный консорциум MICrONS, возглавляемый Андреасом Толиасом из Стэнфордского университета, представил крупнейшую на сегодняшний день реконструкцию фрагмента зрительной коры мозга мыши, охватывающую область размером чуть более 1 мм³.
В проекте приняли участие более 150 учёных из разных стран . Они использовали генетически модифицированных мышей, в нейронах которых флуоресценция активировалась при возбуждении . Зафиксировав активность 76 000 нейронов с помощью двухфотонной микроскопии, мышь наблюдали в виртуальных лабиринтах во время движения на беговой дорожке. После этого учёные извлекли тот же участок мозга и отсканировали его с невероятной точностью — почти 28 000 ультратонких срезов были оцифрованы электронными микроскопами с масштабом до 4 нм . Далее техникой глубокого обучения реконструировали трёхмерную структуру до уровня отдельных нейронов, их отростков и синапсов.
Общий объём данных получившейся in vivo-реконструкции составил около 1,6 петабайта. Эта структура включает в себя информацию о 84 000 нейронах, 500 миллионах синапсов и 5,4 км нейронных связей . Результаты стали доступными в открытом доступе и снабжены удобными инструментами для анализа и совместной работы: NEURD для морфологического анализа и CAVE для аннотирования данных в сотрудничестве с другими исследователями . Каждый элемент проверялся вручную с использованием специализированного ПО — в ходе проекта было внесено более миллиона редакторских правок. Функциональные данные были точно сопоставлены с данными электронного микроскопа при помощи гибридных методов — комбинируя автоматическое и ручное распознавание.
Эта сложнейшая работа не только зафиксировала одну из самых полных карт нейронных связей, но и помогла учёным сделать фундаментальные открытия . В частности, исследователи описали новые типы нейронов и выявили закономерности ингибиции (торможения): оказалось, что ингибирующие нейроны могут как избирательно подавлять отдельные типы возбуждающих нейронов, так и работать сообща, подавляя сразу несколько .
Это открывает путь к созданию новых моделей работы мозга, улучшению нейроинтерфейсов, а также даёт представление об организационных и функциональных особенностях зрительной обработки у млекопитающих . Работа опубликована в топовых научных журналах Nature и сопровождается редколлегией, подчеркивающей важность проекта для всей нейронауки.