Опубликован коннектом кубического миллиметра мозга мыши

Это один из крупнейших известных коннектомов.

Международный исследовательский консорциум MICrONS

представил 3D-карту клеток, связей между ними и их функций примерно в кубическом миллиметре зрительной коры мозга мыши. Это один из самых крупных коннектомов, известных на сегодняшний день.

Для создания трёхмерной карты использовали генетически модифицированную мышь, нейроны которой флуоресцируют в ответ на ток кальция при их возбуждении.

Коннектом представляет собой полное описание архитектуры нейронов и связей между ними с точностью до синапса, которое дает фундаментальное понимание принципов работы мозга и нервной системы. Наибольший интерес представляет коннектом человека, но, по имеющимся оценкам, он содержит более 80 миллиардов нейронов и 100 триллионов соединений, что недосягаемо для современных методов. В силу этого учёные сосредоточились на понимании устройства нервных связей у более простых организмов.

Коллаборация учёных, создавших данную трёхмерную карту клеток мозга мыши и связей между ними, называется

Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS).

Данную реконструкцию участка зрительной коры мыши учёные опубликовали в открытом доступe

https://www.microns-explorer.org/cortical-mm3

Данная 3D-карта снабжена инструментами для автоматического морфологического анализа (NEURD) и совместной многопользовательской проверки и аннотирования (CAVE).

Полученная реконструкция участка зрительной коры размером in vivo 1,3 ? 0,87 ? 0,82 миллиметра занимает 1,6 петабайта и содержит информацию об около 82 тысячах нейронов, полумиллиарде синапсов и более 4 километров нервных связей.

Основная статья и семь публикаций с описанием использованных методов и отдельных результатов собраны в коллекцию на сайте журнала Nature - на странице The MICrONS Proiect

https://www.nature.com/immersive/d42859-025-00001-w/index.html

На сайте самого проекта

https://www.microns-explorer.org/cortical-mm3

всем желающим предлагается следующее:

" Вы можете использовать этот набор данных для изучения морфологии и связей самых разных возбуждающих, тормозящих и ненейронных типов клеток."

Предлагается нажать на ссылки, чтобы увидеть такие, например, клетки, как биполярные клетки, клетки-бабочки, клетки-люстры, клетки Мартинотти, клетки 5-го слоя с толстыми отростками,

клетки микроглии, астроциты.

Также на сайте предлагают самостоятельно создавать визуализации синапсов клеток мозга - однако для этого нужно ознакомиться со специальным руководством от коллаборации MICrONS.

https://tutorial.microns-explorer.org/quickstart_notebooks/04-cave-query-synapses.html

В редакционной статье журнала Nature cообщается следующее:

"Самая большая карта мозга, когда-либо существовавшая, детализирует огромное количество нейронов и их активность

3D-реконструкция — это первый осуществлённый способ наложения активности нейронов на крупномасштабную карту клеток мозга.

Исследователи создали самую большую и подробную схему связей мозга млекопитающих на сегодняшний день, составив карту клеток в кубическом миллиметре мозговой ткани мыши. Это знаковое достижение: схема также подробно описывает активность отдельных нейронов в больших масштабах — впервые в нейробиологии.

Трёхмерная карта высокого разрешения содержит более 200 000 клеток мозга, из которых около 82 000 являются нейронами. Она также включает более 500 миллионов точек соединения нейронов, называемых синапсами, и более 4 километров нейронных связей, которые находятся в крошечном участке ткани в области мозга, отвечающей за зрение. Единственная карта мозга сопоставимого масштаба — это [ранее опубликованная] карта кубического миллиметра человеческого мозга, которая включает 16 000 нейронов и 150 миллионов синапсов.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4858

Новая карта также отражает активность десятков тысяч нейронов, посылающих сигналы и взаимодействующих друг с другом для обработки зрительной информации.

Эта карта мозговой активности в сочетании с электрической схемой знаменует собой важную веху в коннектомике - области [знаний], цель которой показать, как мозг обрабатывает и организует информацию. За масштабными усилиями стоят более 150 учёных проекта Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS), которые описали свою работу в подборке из восьми статей, опубликованных сегодня в Nature и Nature Methods. Проект MICrONS сделал свои ресурсы доступными для сообщества нейробиологов в режиме Онлайн, и другие команды уже изучают для различных исследований.

«Им удалось сделать то, чего мы, как сообщество нейробиологов, не делали на протяжении всей нашей истории, а именно — сопоставить активность нейронов с проводящей сетью в очень большой популяции нейронов, — говорит Мариэла Петкова, нейробиолог из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, которая не участвует в проекте. — Мы никогда не видели ничего подобного в таких масштабах».

«Эти данные реально потрясающе красивы», — говорит Форрест Коллман, нейробиолог из Института Аллена по изучению мозга в Сиэтле, штат Вашингтон, который является соавтором исследований. «Глядя на них, вы действительно испытываете благоговение перед сложностью мозга, похожее на то что вы испытываете созерцая звёзды в ночи».

Чтобы создать прорывную карту, исследователи сначала записали активность почти 76 000 нейронов в зрительной коре мыши, пока животное в течение двух часов смотрело различные видео... Затем они разрезали кубический миллиметр мозга мыши на тысячи срезов ткани, каждый из которых был примерно в четыреста раз тоньше человеческого волоса.

Ученые сделали снимки каждого среза и собрали изображения в трехмерную карту. Наконец, они использовали искусственный интеллект и алгоритмы машинного обучения, чтобы пометить нейроны, их разветвления и синапсы. Команда также сопоставила нейроны на карте с записями активности клеток мозга.

Мориц Хельмштедтер, нейробиолог из Института исследований мозга Макса Планка во Франкфурте, Германия, говорит, что «сочетание функций и структуры в таком масштабе» беспрецедентно. Это «очень впечатляющее достижение и успех».

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01088-x#ref-CR1

А вот на эту же тему - фрагмент публикации российского научно-популярного издания Nplus1:

"Консорциум MICrONS под руководством Андреаса Толиаса (Andreas Tolias) из Стэнфордского университета объединил более 150 исследователей из Германии, Греции, США, Швейцарии и Швеции. Чтобы получить массив исходных данных, ученые использовали генетически модифицированную мышь, нейроны которой флуоресцируют в ответ на ток кальция при их возбуждении. Эту флуоресценцию... регистрировали в четырех плоскостях двухфотонной микроскопией в участке зрительной коры миллиметрового масштаба, в то время как зафиксированное животное бегало на беговой дорожке в разных виртуальных лабиринтах и получало за это вознаграждения. Всего за шесть дней провели 14 сеансов записи.

После этого тот же участок коры, извлеченный и зафиксированный, отсканировали почти в 28 тысячах срезов пятью автоматизированными электронными микроскопами с разрешением около четырех нанометров, что заняло примерно полгода и принесло два петабайта сырых данных. Для дальнейшей обработки выбрали 800-микрометровый участок, в визуализациях которого практически не было перерывов. Его трехмерную структуру с разрешением восемь нанометров реконструировали с использованием набора сверточных нейросетей. Это позволило классифицировать клетки, идентифицировать их ядра, аксоны, дендриты с шипиками и синаптические соединения. Полученный датасет участники консорциума проверяли вручную с помощью специального программного обеспечения... Данные функциональной регистрации и электронной микроскопии сопоставили гибридным автоматизированным и ручным методами...

Работа позволила идентифицировать новые типы клеток, их характеристики, организационные и функциональные принципы, а также разработать новые методы классификации клеток. Среди наиболее интересных находок авторы выделяют открытие принципов торможения в мозге: оказалось, что ингибирующие нейроны высокоселективны и могут действовать совместно, подавляя множественные возбуждающие нейроны, а могут действовать избирательно лишь на отдельные их типы."

https://nplus1.ru/news/2025/04/09/mouse-neurocube

Ранее было опубликовано:

Коннектом взрослого насекомого впервые картировали полностью.

Американские, британские, израильские и немецкие исследователи с международным консорциумом FlyWire составили полный коннектом мозга взрослой плодовой мухи дрозофилы, включающий систематическое и иерархическое описание около 140 тысяч нейронов и почти 55 миллионов их соединений. Это наиболее сложный коннектом, известный на данный момент

https://vk.com/wall-198541633_12969

Источник: vk.com

Комментарии: