Jak neurony wchodzą w interakcję z magicznymi grzybami? Co dzieje się w mózgu, gdy widzimy ruch lub rozpoznajemy wzór słojów w kawałku drewna? W jaki sposób nasz mózg śledzi subtelne zmiany w wyglądzie naszych przyjaciół w czasie?
Instytut Allena uruchomił cztery projekty mające na celu zbadanie tych kwestii za pośrednictwem OpenScope, wspólnego obserwatorium neuronauki. Tak jak astronomowie korzystają z kilku dobrze wyposażonych obserwatoriów do badania wszechświata, tak OpenScope umożliwia neuronaukowcom z całego świata proponowanie eksperymentów i zarządzanie nimi w ramach rurociągu Allen Brain Observatory. Wszystkie badania są udostępniane bezpłatnie każdemu, kto zajmuje się otwartymi pytaniami dotyczącymi aktywności neuronów w zdrowiu i chorobie.
Realizowany już szósty rok projekt OpenScope ma na celu „ustanowienie nowego paradygmatu w neurobiologii” – powiedział dr Jerome Leacock, pracownik naukowy w Instytucie Allena.
„Nasza platforma usprawnia gromadzenie i udostępnianie danych na całym świecie, umożliwiając jednocześnie poszczególnym laboratoriom wykorzystanie ich do własnych, unikalnych przedsięwzięć naukowych” – powiedział Leacock, który wspólnie z Christophem Kochem kieruje OpenScope. „Staramy się łączyć to, co najlepsze z obu światów: konkretne pytania, na które odpowiadają zespoły pełne pasji, oraz najnowocześniejszą platformę prowadzoną przez ekspertów eksperymentalnych. Oto nasza wizja przyszłości neuronauki”.
Halucynologia
Jeden z tegorocznych projektów OpenScope będzie badał, w jaki sposób psilocybina, związek zmieniający umysł znajdujący się w „magicznych grzybach”, zmienia aktywność mózgu na poziomie komórkowym. Związek ten, znany ze swojej zdolności do wywoływania intensywnych doświadczeń psychologicznych u ludzi, zostanie wykorzystany do zbadania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw zmienionej percepcji i poznania.
Stosując zaawansowane techniki rejestracji na myszach, naukowcy będą mogli zaobserwować, w jaki sposób neurony komunikują się inaczej pod wpływem psilocybiny. Zbadają także, w jaki sposób te zmiany mogą wpłynąć na zdolność mózgu do przetwarzania i przewidywania informacji zmysłowych, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia sposobu konstruowania percepcji.
„Nasze zainteresowanie tymi związkami wykracza poza ich potencjalne zastosowania kliniczne. Wierzymy, że odkrycie mechanizmów biologicznych leżących u podstaw ich działania może dostarczyć fundamentalnego wglądu w procesy rządzące percepcją, poznaniem i samą świadomością”.
Doktor Roberto Di Filippo jest pracownikiem naukowym ze stopniem doktora na Uniwersytecie Humboldta w Berlinie
Projektem kieruje De Filippo; dr Torben Ott z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie; oraz dr Dietmar Schmitz z Uniwersytetu Medycznego Charite w Berlinie.
Jak przeszłość subtelnie wpływa na nasz pogląd na świat
Często ignorujemy stopniowe zmiany w ludziach, z którymi regularnie się spotykamy, a różnice dostrzegamy dopiero, gdy spojrzymy wstecz na stare zdjęcie lub spotkamy się ze znajomymi na odległość. Chociaż zmiany te są prawie niezauważalne, nasze mózgi stale aktualizują pamięć o tych szczegółach.
Celem projektu OpenScope 2024 jest odkrycie neuronowych podstaw tych aktualizacji. Korzystając z platformy Allen Brain Observatory, badacze przeanalizują aktywność mózgu myszy, aby zrozumieć, jak układ wzrokowy mózgu reaguje na zmiany w czasie. Tradycyjnie neurobiolodzy wierzyli, że układ wzrokowy przetwarza jedynie napływające informacje zmysłowe. Jednak ostatnie odkrycia sugerują, że system ten zachowuje również wspomnienia wzrokowe i wykorzystuje je do przewidywania, co zobaczymy dalej.
„Chcemy zrozumieć, jak takie wspomnienia wpływają na postrzeganie obrazów wizualnych w świecie rzeczywistym i jaką rolę odgrywają w tym procesie różne obszary mózgu” – powiedział Yaniv Ziv, profesor w Instytucie Nauki Weizmanna. „Rozumiejąc to, chcemy odkryć, czy te wspomnienia wpływają na elastyczność lub sztywność naszego przetwarzania wzrokowego. Na przykład, jeśli widzieliśmy już coś podobnego, czy to sprawia, że nasz mózg jest w większym czy mniejszym stopniu zdolny do przystosowania się do nowych informacji wizualnych?”
Projektem kierują Ziv, Daniel Deitch, dr Alon Rubin i Itai Talber, wszyscy z Instytutu Nauki Weizmanna.
Odszyfrowanie, w jaki sposób mózg postrzega ruch
Jak mózg rozpoznaje poruszające się obiekty wokół nas? Projekt OpenScope 2024 ma na celu rozwikłanie tajemnicy tego podstawowego procesu poprzez badanie percepcji ruchu w korze wzrokowej myszy. Chociaż poprzednie badania zidentyfikowały obszary mózgu, które reagują na różne rodzaje ruchu, leżące u ich podstaw obwody nerwowe są nadal słabo poznane. W tym projekcie mikroskopia będzie monitorować aktywność wielu neuronów jednocześnie przez kilka tygodni i w różnych częściach kory wzrokowej.
Zespół ma nadzieję scharakteryzować neuronalną reprezentację ruchu w różnych obszarach mózgu i typach komórek oraz poznać konkretne obwody, które ją obsługują. Wnioski z tej pracy mogą mieć szersze implikacje, ponieważ w korze mózgowej występują te same typy komórek i obwody.
„Jeśli zrozumiemy, w jaki sposób te obwody przetwarzają informacje w układzie wzrokowym, jest bardzo prawdopodobne, że te same zasady obowiązują w całym mózgu” – stwierdziła dr Julia Veit., Profesor na Uniwersytecie we Fryburgu.
Projekt ten jest prowadzony przez FIT; dr Henning Spreckler, Uniwersytet Techniczny w Berlinie; oraz dr Yael Oran z Uniwersytetu we Fryburgu.
Widząc wzorce wokół nas
Nasze mózgi natychmiast rozpoznają niezliczone, złożone tekstury wizualne, które nas otaczają, od skomplikowanych wzorów na skrzydłach motyla po wzór słojów drewna. Ale w jaki sposób dokonuje się tego niezwykłego wyczynu percepcji wzrokowej? W ramach projektu rozpoczętego przez OpenScope myszy zostaną przeszkolone w zakresie rozróżniania tekstur, podczas gdy ich aktywność neuronowa w korze wzrokowej będzie monitorowana, łącząc reakcje neuronowe z percepcją. Główne cele to określenie, w jaki sposób niektóre tekstury są łatwe do rozpoznania, podczas gdy inne stanowią wyzwanie, a także mapowanie interakcji różnych obszarów mózgu w celu przekształcenia danych wizualnych w spójne reprezentacje kierujące zachowaniem.
Naukowcy twierdzą, że te odkrycia mogą ujawnić podstawowe zasady wydobywania wiedzy przez mózg z bogatego w wzorce świata wizualnego. Jednak skala i złożoność badań wymaga narzędzi i zasobów wykraczających poza te, które można znaleźć w typowym środowisku laboratoryjnym.
„Korzystanie z Allen Brain Observatory nie tylko zwiększy skalę i zakres naszego projektu, ale także pozwoli nam porównać i umieścić go w kontekście ze wszystkimi innymi projektami otwartej nauki, którymi kierowali w ostatniej dekadzie” – powiedział dr Federico Bolaños, starszy specjalista ds. danych na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej: „W innych dziedzinach, takich jak fizyka wysokich energii czy astronomia, badania w zakresie neuronauki systemowej muszą przenieść się z pojedynczych laboratoriów do większej, wzajemnie powiązanej społeczności, w której wspólnie możemy osiągnąć postęp”.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
