Рулевое колесо мыши показывает, как решения принимаются в мозге на уровне отдельных клеток.
Во время задачи принятия решения в мозге мыши активизировалось 75 000 нейронов.
Дэн Бирман (Вашингтонский университет/Институт Аллена)
Мыши, управляющие фигурами на экране с помощью крошечных рулевых колес, дали ученым беспрецедентную возможность увидеть, как решения принимаются в мозге.
Впервые исследователи составили карту принятия решений на уровне отдельных клеток во всем мозге млекопитающего.
Традиционные исследования нейронауки часто фокусируются на небольших скоплениях нейронов в изолированных областях мозга.
Но «мозг постоянно принимает решения в повседневной жизни», — говорит Илана Виттен, доктор философии, профессор нейробиологии в Принстонском университете.
«Мы пришли к выводу, что в принятии решений участвуют не одна или две, а множество других областей мозга».
Совместный скачок в области нейронауки
Виттен и её коллеги из Международной лаборатории мозга (IBL, глобальный консорциум из 22 лабораторий) использовали стандартизированный подход для отслеживания нейронной активности во время поведения. Объединив данные разных лабораторий, они смогли оценить сложность процесса принятия решений в мозге.
В результате были получены наборы данных, охватывающие более 600 000 нейронов в 279 областях мозга 139 мышей, что дает полное представление о работе распределенных нейронных сетей.
Картирование всего мозга — задача не из лёгких. Алехандро Пан Васкес, доктор философии, один из авторов, отметил: «Раньше такого никто не делал. В плане организации было реализовано множество инноваций для интеграции данных из разных лабораторий. Оказалось, что это первый случай такого масштабного сотрудничества в области нейробиологии».
Координировали работу три лаборатории Принстона под руководством Виттена, Татьяны Энгель, доктора философии, и Джонатана Пиллоу, доктора философии.
Они разработали экспериментальные параметры, собрали данные, установили метрики контроля качества и стандартизированные аналитические конвейеры, которые позволили объединить набор данных в единый ресурс для научного сообщества.
Рули и мигающие круги
Экспериментальная установка была обманчиво проста. Мыши смотрели на экран, на котором слева или справа отображался чёрно-белый полосатый круг.
Поворот крошечного руля перемещал круг к центру, зарабатывая глоток сладкой воды, часто в течение одной секунды. Некоторые круги были тусклыми, что заставляло мышей полагаться на прошлый опыт, давая исследователям возможность увидеть, как решения принимаются на основе ожиданий.
Исследователи регистрировали нейронную активность с помощью высокоплотных электродов, которые одновременно отслеживали сотни нейронов в различных областях мозга. Каждая лаборатория изучала определённую область, а объединённый набор данных охватывал 620 000 нейронов 139 мышей в 12 лабораториях, охватывая практически весь мозг.
Карта показала, что деятельность по принятию решений широко распространена, в том числе в регионах, традиционно связанных с движением, а не с познанием.
«Одним из важных выводов этой работы является то, что принятие решений действительно очень широко распространено по всему мозгу, включая те области, которые мы раньше считали не задействованными», — сказал Виттен.
Результаты также представляют собой «уникальный набор данных», добавил Виттен. «Они описывают, из чего состоит этот набор данных, как он выглядит, и предоставляют ресурс для дальнейшего анализа в этой области. Мы надеемся, что эти статьи вдохновят других на изучение данных и совершение новых открытий».
Прежде всего, координация работы 22 лабораторий по всему миру подчёркивает мощь крупномасштабной нейробиологии. Энгель сказал: «Создание карты мозга, несомненно, впечатляющее достижение, но это лишь начало, а не грандиозный финал. IBL показала, как глобальная команда может помочь друг другу выйти за рамки комфорта и достичь неизведанных территорий, которые ни одна лаборатория не смогла бы достичь в одиночку».
Исследование, опубликованное 3 сентября в журнале Nature, устанавливает стандарты для проверки новых теорий принятия решений и развития области нейронауки.
Sourse: interestingengineering.com
