In einem monumentalen Fortschritt für die Neurowissenschaften ist es einer Gruppe von mehr als 150 Forschern gelungen, alle Neuronen eines Kubikmillimeters des Gehirns einer Maus zu kartieren. Dieser erstaunliche Erfolg, der wie aus einem Science-Fiction-Film wirkt, basiert auf einer Gewebeprobe, die kleiner ist als ein Sandkorn.
Nach sieben Jahren harter Arbeit und Hingabe präsentiert sich das Ergebnis als ein buntes Geflecht, das nicht nur die Schönheit der Gehirnanatomie hervorhebt, sondern auch den detailliertesten Überblick über das Gehirn eines Säugetiers bis heute bietet. In diesem winzigen Abschnitt befinden sich mehr als 200.000 Neuronen und 523 Millionen Synapsen, die die Verbindungen zwischen den Nervenzellen darstellen.
Eine Arbeit von erstaunlicher Präzision
Um dieses Ergebnis zu erzielen, wurden die Mäuse vor Bildschirme gesetzt, auf denen sie YouTube-Videos sahen, während die Gehirnaktivität eines kleinen Teils ihres Gehirns aufgezeichnet wurde. Um die Größe der Studie in Perspektive zu setzen, ist ein Kubikmillimeter tausendmal kleiner als ein Kubikzentimeter, was weniger als einem Wassertropfen entspricht.
Die Probe wurde in 25.000 Schichten unterteilt, von denen jede so dünn ist, dass sie 400 Mal dünner als ein menschliches Haar ist. Mit diesen Bildern verwendete ein Team von Forschern künstliche Intelligenz, um die Zellstruktur in einem 3D-Volumen zu rekonstruieren, wodurch neue Türen in der Erforschung der Neurowissenschaften geöffnet werden.
Historisch gesehen schien es unmöglich, die Konnektivität zu verfolgen und die Aktivität von Neuronen in solch einem Maßstab zu messen. Dennoch ermöglichen Fortschritte in der Computertechnik und in der künstlichen Intelligenz, dass diese Arbeit, die zuvor mühsame und umfangreiche manuelle Arbeit erforderte, effizienter durchgeführt werden kann.
Die Ergebnisse dieses Projekts, das als MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) bezeichnet wird, wurden in zehn Artikeln in der renommierten Zeitschrift Nature veröffentlicht. Darüber hinaus sind das Diagramm der Gehirnverbindungen und alle Daten kostenlos über den MICrONS Explorer verfügbar und nehmen ein beeindruckendes Volumen von 1,6 Petabyte ein, was 22 Jahren hochauflösender Videos entspricht.
Clay Reid, einer der Hauptforscher, beschrieb diese winzige Probe als eine „Architektur wie ein feiner Dschungel“. Diese Arbeit ermöglicht nicht nur das Testen bestehender Theorien in der Neurowissenschaft, sondern öffnet auch die Tür zu Entdeckungen, die unser Verständnis des Gehirns revolutionieren könnten.
Das Projekt hat neue Zelltypen und einen innovativen Mechanismus der Gehirninhibition aufgedeckt, was einen bedeutenden Fortschritt in der Klassifizierung und dem Verständnis der Gehirnfunktion darstellt. Wie Nuno da Costa, ein weiterer Forscher, abschloss: „Es ist, als hätte man eine Karte des Schaltkreises eines kaputten Radios; es versetzt uns in eine bessere Position, um es zu reparieren.“