In een monumentale vooruitgang voor de neurowetenschap heeft een groep van meer dan 150 onderzoekers alle neuronen in een kubieke millimeter van de hersenen van een muis in kaart weten te brengen. Deze verbazingwekkende prestatie, die lijkt te zijn ontleend aan een sciencefictionfilm, is gebaseerd op een hersenweefselmonster dat kleiner is dan een zandkorrel.
Na zeven jaar hard werken en toewijding wordt het resultaat gepresenteerd als een kleurrijk netwerk dat niet alleen de schoonheid van de hersenanatomie benadrukt, maar ook het meest gedetailleerde register van de hersenen van een zoogdier tot nu toe biedt. In dit kleine stukje bevinden zich meer dan 200.000 neuronen en 523 miljoen synapsen, de verbindingen tussen zenuwcellen.
Een werk van verbazingwekkende precisie
Om dit resultaat te bereiken, plaatsten de wetenschappers de muizen voor schermen waar ze YouTube-video’s keken, terwijl ze de hersenactiviteit van een klein deel van hun hersenen registreerden. Om de omvang van de studie in perspectief te plaatsen, is een kubieke millimeter duizend keer kleiner dan een kubieke centimeter, wat gelijkstaat aan minder dan een druppel water.
Het monster werd verdeeld in 25.000 lagen, elk zo dun dat het 400 keer dunner is dan een mensenhaar. Met deze beelden gebruikte een team van onderzoekers kunstmatige intelligentie om de cellulaire structuur in een 3D-volume te reconstrueren, waardoor nieuwe deuren werden geopend in de studie van de neurowetenschap.
Historisch gezien leek het traceren van de connectiviteit en het meten van de activiteit van neuronen op zo’n schaal een onmogelijke taak. Echter, de vooruitgangen in computertechnologie en kunstmatige intelligentie maken het mogelijk om dit werk, dat voorheen veel handmatig en uitgebreid werk vereiste, efficiënter uit te voeren.
De resultaten van dit project, genaamd MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks), werden gepubliceerd in tien artikelen in het prestigieuze tijdschrift Nature. Bovendien zijn het diagram van de hersenverbindingen en alle gegevens gratis beschikbaar via de MICrONS Explorer, met een indrukwekkend volume van 1,6 petabyte, wat gelijkstaat aan 22 jaar aan HD-video’s.
Clay Reid, een van de hoofdonderzoekers, beschreef dit minuscule monster als een “architectuur als een fijne jungle”. Dit werk maakt het niet alleen mogelijk om bestaande theorieën in de neurowetenschap te testen, maar opent ook de deur naar ontdekkingen die onze begrip van de hersenen zouden kunnen revolutioneren.
Het project heeft nieuwe soorten cellen en een innovatief mechanisme voor herseninhibitie onthuld, wat een significante vooruitgang betekent in de classificatie en het begrip van de hersenfunctie. Zoals Nuno da Costa, een andere onderzoeker, concludeerde: “het is alsof je een kaart hebt van het circuit van een kapotte radio; het plaatst ons in een betere positie om het te repareren.”