Dies ist eine Karte von einer halben Milliarde Verbindungen in einem winzigen Stück Mausgehirn

Allen Institute

Neurowissenschaftler haben die detaillierteste 3D-Karte des Säugetiergehirns veröffentlicht, die jemals erstellt wurde, erstellt aus einem Tier, dessen Gehirnarchitektur unserer eigenen sehr ähnlich ist – der Maus.

Die Karte und der zugrunde liegende Datensatz, die nun der Öffentlichkeit frei zugänglich sind , stellen mehr als 200.000 Neuronen und eine halbe Milliarde neuronale Verbindungen dar, die in einem Würfel aus Mausgehirn enthalten sind, der nicht größer als ein Sandkorn ist.

Die neue Forschung ist Teil der Maschinen-Intelli gen aus dem Programm Cortical Networks (MICrONS). , das darauf hofft, die nächste Generation von Algorithmen für maschinelles Lernen durch Reverse-Engineering der Großhirnrinde zu verbessern – dem Teil des Gehirns, der bei Säugetieren für höhere Funktionen wie Planung und Argumentation verantwortlich ist. Ein Konsortium von Forschern unter der Leitung von Gruppen des Allen Institute, des Baylor College of Medicine und der Princeton University sammelte die Daten.

Einige Leute denken, dass vielleicht die grundlegenden Geheimnisse der menschlichen Intelligenz im Studium des Kortex zu finden sind, sagt H.Sebastian Seung , Professor für Informatik und Neurowissenschaften in Princeton und leitender Wissenschaftler für MICrONS. Deshalb ist es in den Neurowissenschaften ein so mysteriöses, glamouröses Thema. Wenn Wissenschaftler mehr über das Gehirn lernen, könnten ihre Entdeckungen zu einer menschenähnlicheren KI führen.

Die Erstellung der Karte war ein fünfjähriges Projekt mit drei Phasen. Die erste bestand darin, zu messen, was das Gehirn der Maus tat, als das Tier lebte. Dabei wurden mehr als 70.000 Bilder aktiver Gehirnzellen produziert, während die Maus visuelle Informationen verarbeitete. Dann schnitten die MICrONS-Forscher ein kleines Stück des Gehirns heraus und schnitten es in mehr als 25.000 ultradünne Stücke. Als nächstes verwendeten sie Elektronenmikroskopie, um mehr als 150 Millionen hochauflösende Bilder dieser Stücke zu machen.

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KI ist dem Gehirn nur lose nachempfunden. Was wäre also, wenn Sie es richtig machen wollten? Sie müssten tun, was bisher unmöglich war: abbilden, was tatsächlich in Neuronen und Nervenfasern passiert.

Frühere Schaltpläne, wie die Bilder genannt werden, haben abgebildete Connectome für die Fruchtfliege und menschliche Gehirne. Ein Grund, warum MICrONS so gut angenommen wurde, ist, dass der Datensatz das Potenzial hat, das Verständnis der Wissenschaftler über das Gehirn zu verbessern und ihnen möglicherweise bei der Behandlung von Hirnerkrankungen zu helfen.

Venkatesh Murthy, ein Professor für Molekular- und Zellbiologie an der Harvard University, der neuronale Aktivität bei Mäusen untersucht, aber nicht an der Studie beteiligt war, sagt, dass das Projekt ihm und anderen Wissenschaftlern einen Blick aus der Vogelperspektive auf die Interaktion einzelner Neuronen verschafft und ein exquisit hochauflösendes Einfrieren bietet Rahmenbild, in das sie hineinzoomen können.

R. Ton Reid , ein leitender Ermittler am Allen Institute und ein weiterer leitender Wissenschaftler des MICrONS-Projekts, sagt, dass er vor Abschluss der Forschung des Programms gedacht hätte, dass dieses Maß an Rekonstruktion unmöglich sei.

Reid sagt, dass durch maschinelles Lernen der Prozess, zweidimensionale Schaltpläne des Gehirns in dreidimensionale Modelle umzuwandeln, exponentiell besser geworden ist. Es ist eine lustige Kombination aus einem sehr alten Gebiet und einem neuen Ansatz, sagt er.

Reid verglich die neuen Bilder mit den ersten Karten des menschlichen Genoms, da sie grundlegendes Wissen für andere zur Verfügung stellen. Er stellt sich vor, dass sie anderen helfen, Strukturen und Beziehungen im Gehirn zu sehen, die zuvor unsichtbar waren.

Ich betrachte dies in vielerlei Hinsicht als den Anfang, sagt Reid. Diese Daten und diese KI-gestützten Rekonstruktionen können von jedem mit einer Internetverbindung und einem Computer verwendet werden, um eine außergewöhnliche Bandbreite an Fragen zum Gehirn zu stellen.“

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