"ארכיטקטורה שלמה כמו יער מופלא": תוצאות הניסוי המורכב ביותר במדעי המוח נחשפו

מדענים חשפו את תרשים החיווט המפורט ביותר של מוח יונק עד כה. ממצאי פרויקט Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS) פורסמו בשבוע שעבר באוסף של עשרה מחקרים בכתבי העת של Nature.

בפרויקט משתתפים יותר מ-150 מדענים וחוקרים ממוסדות כמו מכון אלן, אוניברסיטת פרינסטון, אוניברסיטת הרווארד ובית הספר לרפואה של ביילור. במהלך שבע השנים האחרונות הצוות עבד על מה שנחשב לניסוי המורכב ביותר במדעי המוח שנעשה אי פעם.

באמצעות בינה מלאכותית ולמידת מכונה החוקרים יצרו מודל תלת-ממדי של מוח עכבר שכולל תיאור של יותר מ-200,000 תאי מוח, כולל כ-82,000 תאי עצב, וזיהו למעלה מ-524 מיליון סינפסות - חיבורים בין תאי עצב.

ד"ר דיוויד מרקוביץ תיאר את התוצאות כ"רגע מכונן במדעי המוח", והשווה את הפרויקט לפרויקט הגנום האנושי.

מדענים בבית הספר לרפואה של ביילור הקליטו פעילות מוחית מחלק בנפח של מילימטר מעוקב אחד בקורטקס הראייתי של עכבר בזמן שצפה בסרטים וקטעי וידיאו מיוטיוב, כולל סרטי מדע בדיוני, קטעי ספורט נבחרים וסרטים מצוירים. העכבר עבר שינוי גנטי כדי שהנוירונים שלו יפלטו חומר פלואורסצנטי כשהם פעילים, מה שאפשר לחוקרים לעקוב אחר פעילות נוירונלית. הנתונים שנאספו כיסו כ-5.4 קילומטרים של חיבורים עצביים בחלק המוח המעורב בעיבוד מידע חזותי.

חוקרי מכון אלן חתכו את מוח העכבר ליותר מ-25,000 שכבות דקיקות, כל אחת ברוחב של אחד חלקי ארבע מאות משערה אנושית. הם השתמשו במערך של מיקרוסקופים אלקטרוניים כדי לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה של כל פרוסה ואז הרכיבו את התמונות למפה תלת-ממדית מפורטת. תרשים החיווט הזה הוא בגודל של 1.6 פטהבייט, שווה ערך ל-22 שנים של וידאו באיכות גבוהה ללא הפסקה.

"בתוך הנקודה הזעירה הזו נמצאת ארכיטקטורה שלמה כמו יער מופלא", העיר ד"ר קליי ריד, נוירוביולוג במכון אלן. "אתה יכול לנחש אלף ניחושים על איך המוח עובד, אבל אם אתה לא יודע איך הוא מחווט, הכל זו השערה" הוא הוסיף.

המחקר חשף עקרונות של ארגון המוח, כולל התנהגויות חדשות של תאים מעכבים ותיאום ברמת הרשת. מדענים גילו שנוירונים מעכבים הם סלקטיביים מאוד בכיוון תאים מעוררים, ויוצרים רשת מתוחכמת של תיאום בין נוירונים. "מצאנו הרבה יותר דפוסי עיכוב ספציפיים מאוד ממה שרבים, כולל אנחנו, ציפו למצוא" ציין פורסט קולמן ממכון אלן.

"MICrONS יעמוד כציון דרך שבו אנו בונים מודלים בסיסיים של המוח שמקיפים רמות רבות של ניתוח, החל מהרמה ההתנהגותית ועד לרמה הייצוגית של פעילות עצבית ואפילו לרמה המולקולרית", קבע אנדראס טוליאס, אחד המדענים המובילים בפרויקט.