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La rete delle connessioni fra i neuroni rivela come i circuiti del cervello sono organizzati

Anche le reti più semplici dei neuroni nel cervello sono composte di milioni di connessioni ed esaminare queste vaste reti è critico a capire come gli impianti di cervello. Un gruppo internazionale dei ricercatori, piombo rispettivamente da R. Clay Reid, da Wei Chung Allen Lee e da Vincent Bonin dall'istituto per scienza di cervello, facoltà di medicina di Harvard e la ricerca Fiandre di Allen (NERF) di Neuro-Elettronica, ha pubblicato la più grande rete fin qui delle connessioni fra i neuroni nella corteccia, in cui il trattamento ad alto livello accade ed ha rivelato parecchi elementi cruciali di come le reti nel cervello sono organizzate. I risultati sono pubblicati questa settimana nella natura del giornale.

“Questo è un punto di un programma di ricerca che ha cominciato quasi dieci anni fa. Le reti del cervello sono troppo grandi e complesse per capire un po'alla volta, in modo da abbiamo usato le tecniche di alto-capacità di lavorazione per raccogliere gli insiemi di dati enormi di attività di cervello e collegamenti del cervello,„ dice R. Clay Reid, M.D., il Ph.D., ricercatore senior all'istituto di Allen per scienza di cervello. “Ma stiamo trovando che lo sforzo è assolutamente proficuo e che stiamo imparando una somma enorme circa la struttura delle reti nel cervello ed infine come la struttura del cervello è collegata alla sua funzione.„

“Sebbene questo studio sia un momento del punto di riferimento in un capitolo sostanziale di lavoro, è appena l'inizio,„ dice Wei-Chung Lee, Ph.D., istruttore in neurobiologia al banco della medicina di Harvard e autore principale sul documento. “Ora abbiamo gli strumenti per intraprendere reingegnerizzazione il cervello scoprendo le relazioni fra i collegamenti del circuito ed i calcoli della rete e di un neurone.„

“Per le decadi, i ricercatori hanno studiato l'attività di cervello e collegando in isolamento, incapace di collegare i due,„ dice Vincent Bonin, ricercatore principale alla ricerca Fiandre di Neuro-Elettronica. “Che cosa abbiamo raggiunto è gettare un ponte su questi due regni con il dettaglio senza precedenti, collegante l'attività elettrica in neuroni con le connessioni che sinaptiche del nanoscale fanno tra loro.„

“Abbiamo trovato alcuna della prima prova anatomica per l'architettura modulare in una rete corticale come pure la base strutturale per connettività dal punto di vista funzionale specifica fra i neuroni,„ Lee aggiunge. “Gli approcci abbiamo usato hanno permesso che noi definissimo i principi organizzativi di circuiti neurali. Ora che siamo sospesi scoprire i motivi corticali della connettività, che possono fungere dalle particelle elementari per la rete cerebrale funzionano.„

Lee e Bonin hanno cominciato identificando i neuroni nella corteccia visiva del mouse che ha risposto agli stimoli visivi particolari, quali le barre verticali o orizzontali su uno schermo. Lee poi ha fatto le fette ultrasottili del cervello ed ha catturato milioni di immagini dettagliate di quelle celle mirate a e sinapsi, che poi sono state ricostruite in tre dimensioni. I gruppi degli annotatori su entrambe le coste degli Stati Uniti hanno rintracciato simultaneamente i diversi neuroni attraverso le pile 3D di immagini ed hanno individuato le connessioni fra i diversi neuroni.

Analizzare questa ricchezza dei dati ha dato parecchi risultati, compreso la prima prova strutturale diretta per supportare l'idea che i neuroni che fanno le simili mansioni sono più probabili essere connessi l'un l'altro che i neuroni che assolvono le mansioni differenti. Ancora, quelle connessioni sono più grandi, malgrado il fatto che siano aggrovigliate con molti altri neuroni che eseguono le funzioni interamente differenti.

“La parte di che cosa effettua questo studio unico è la combinazione di rappresentazione funzionale e di microscopia dettagliata,„ dice Reid. “I dati microscopici sono del disgaggio e del dettaglio senza precedenti. Acquisiamo una certa conoscenza molto potente in primo luogo imparando che funzione un neurone particolare esegue e poi vedendo come connette con i neuroni che fanno le simili o cose dissimili.

“È come un'orchestra sinfonica con i giocatori che si siedono nei sedili casuali,„ Reid aggiunge. “Se ascoltate soltanto alcuni musicisti vicini, non avrà significato. Ascoltando ognuno, capirete la musica; realmente diventa più semplice. Se poi chiedete chi ogni musicista sta ascoltando, potreste anche capire come fanno la musica. Non c'è conduttore, in modo dall'orchestra deve comunicare.„

Questa combinazione di metodi egualmente sarà impiegata in un progetto contratto IARPA con l'istituto di Allen per scienza di cervello, l'istituto universitario di Baylor di medicina e la Princeton University, che cerca di sottoporre a operazioni di disgaggio questi metodi ad un più grande segmento del tessuto cerebrale. I dati dello studio presente stanno rendendi accessibili in linea affinchè altri ricercatori studino.

Source:

Allen Institute