Κλείσε τα μάτια σου. Τι βλέπεις? Οι εικόνες που σχηματίζονται είναι όλες μέρος ενός συνειδητού πνευματικού τοπίου. Αλλά πώς ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τον κόσμο γύρω σας παραμένει ένα μυστήριο για την επιστήμη.
Στο παρελθόν, η διόρθωση των περιπλοκών του πώς ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει την αίσθηση της οπτικής εισόδου ήταν σχεδόν αδύνατο. Μέχρι πρόσφατα οι επιστήμονες μπορούσαν να παρακολουθήσουν απευθείας τους μεμονωμένους νευρώνες στην εργασία. Τώρα το Ινστιτούτο Allen για την Επιστήμη Εγκεφάλου στο Σιάτλ ξεκινάει το Παρατηρητήριο Allen Brain Observatory για να χρησιμοποιήσει αυτή τη νέα τεχνολογία για να διερευνήσει τη γνώση με ασυνήθιστο τρόπο: κάνουν τα ποντίκια να παρακολουθούν ταινίες.
Το έργο περιλαμβάνει 25 εργαστηριακά ποντίκια που είναι γενετικά τροποποιημένα έτσι ώστε οι νευρώνες τους να ανάβουν όταν εκτοξεύονται, αναφέρει ο Arlene Weintraub στο Forbes . Κάθε ποντίκι είχε επίσης ένα μικρό παράθυρο εμφυτευμένο στο κεφάλι του, έτσι ώστε οι ερευνητές να μπορούν να παρατηρούν τους φθορίζοντες νευρώνες στον οπτικό τους φλοιό.
Τα τρωκτικά έτρεχαν σε ένα διάδρομο, ενώ παρακολουθούσαν ένα κλιπ από το άνοιγμα του 1958 Touch of Evil του Orson Welles . Καθώς οι εικόνες εμφανίζονταν στην οθόνη μπροστά τους, οι ερευνητές κατέγραψαν την εγκεφαλική τους δραστηριότητα με ένα μικροσκόπιο δύο φωτονίων.
Παρόλο που αυτό μπορεί να φαίνεται σαν μια ασυνήθιστη επιλογή για τη μελέτη, σύμφωνα με τον Jon Hamilton στο NPR, αυτή η σκηνή ανοίγματος τριών λεπτών της κλασικής ταινίας μοιάζει να ήταν εξατομικευμένη για τη μελέτη. "Είναι ασπρόμαυρο και έχει ωραίες αντιθέσεις και έχει μια μακρά έκπληξη χωρίς πολλές διακοπές", εξηγεί ο Christof Koch, επικεφαλής επιστημονικός υπεύθυνος στο ινστιτούτο Allen.
Η ταινία φάνηκε να είναι ένα χτύπημα με τα ποντίκια. Ο R. Clay Reid, ανώτερος ερευνητής του σχεδίου, λέει στον Weintraub ότι οι 18.000 παρακολουθούμενοι νευρώνες ανάβουν. "Κατά τη διάρκεια της ταινίας, οι νευρώνες ανταποκρίθηκαν σε διάφορα μέρη του σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και με ενδιαφέροντα τρόπους", λέει. "Ήταν αξιοσημείωτο πόσο ποικίλες ήταν οι αποκρίσεις διαφόρων νευρώνων σε αυτά τα ερεθίσματα".
Το μικροσκόπιο καταγράφηκε όταν ένας νευρώνας πυροδοτήθηκε και η έντασή του. Η αντιστοίχιση αυτών των δεδομένων με την εικόνα στην οθόνη επέτρεψε στους ερευνητές να χαρτογραφήσουν τη λειτουργία κάθε νευρώνα. Για παράδειγμα, ορισμένοι νευρώνες τραβήχτηκαν μόνο όταν εμφανίστηκαν κάθετες γραμμές στην οθόνη. Άλλοι αναβοσβήνουν όταν η κάμερα στρέφεται. Οι ερευνητές διεξήγαγαν επίσης διάφορα άλλα πειράματα, όπως η παρουσίαση των εικόνων ποντικών των εντόμων ή των ζώων και των εικόνων των ασπρόμαυρων ράβδων, καταγράφοντας τον τρόπο ανταπόκρισης των νευρώνων. Το έργο πήρε τέσσερα χρόνια και περιελάμβανε 360 πειραματικές συνεδρίες, οι οποίες παρήγαγαν 30 terabyte δεδομένων, αναφέρει η Helen Shen στη Φύση .
Η έρευνα έχει ήδη αποκαλύψει κάποια ασυνήθιστα πρότυπα, αναφέρει ο Brendan Cole στο Wired . Οι ίδιοι νευρώνες που πυροβολούν όταν τα ποντίκια κοιτάζουν μια φωτογραφία μιας πεταλούδας, για παράδειγμα, ανάβουν επίσης όταν η κάμερα στρέφεται κατά τη διάρκεια της ταινίας. Γιατί ακριβώς δεν είναι γνωστό, αλλά οι ερευνητές του Allen ελπίζουν ότι η ευρύτερη επιστημονική κοινότητα θα τους βοηθήσει να το καταλάβουν.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δημοσιοποίησαν το σύνολο δεδομένων ως μέρος του Open Source Allen Brain Atlas. Το έργο αυτό φιλοξένησε διάφορα στοιχεία για τον εγκέφαλο του ποντικιού και του ανθρώπινου εγκεφάλου από το 2006 και αποτελεί μέρος του φιλόδοξου σχεδίου μισού δισεκατομμυρίου δολαρίων του συν-ιδρυτή του Paul Allen για τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου εγκεφάλου.
"Αυτό είναι βασικά μια bonanza, " υπολογιστική νευροεπιστήμονας Steven Zucker στο Πανεπιστήμιο Yale λέει Shen. "Είναι σαν να άνοιξε κάποιος την πόρτα στο μεγαλύτερο εργαστήριο νευροεπιστημών του κόσμου για θεωρητικούς από όλο τον κόσμο και είπε:" Ελάτε μέσα και παίξτε με τα δεδομένα μας. "
Αυτοί οι 18.000 νευρώνες είναι ένα πολύ μικρό ξεκίνημα. "Μέχρι να τελειώσουμε, θα είναι ένα πλήρες εγκυκλοπαιδικό σύνολο δεδομένων που θα είναι σε απευθείας σύνδεση και οι επιστήμονες θα μπορούν να μοιραστούν και να χρησιμοποιήσουν ως σημείο εκκίνησης", λέει ο Reid στον Weintraub. Το επόμενο βήμα είναι η επέκταση της εργασίας για την παρακολούθηση των ποντικών καθώς εκτελούν και άλλες εργασίες. Δεν υπάρχει ακόμη καμία λέξη για το κατά πόσον αυτό θα περιλαμβάνει τη λήψη τους πίσω στις ταινίες.
