Se ven neuronas explotando en todo el cerebro como fuegos artificiales en el mapa más detallado jamás hecho

Ahora puede visualizar las neuronas individuales de disparo y zigzaguear en el cerebro en esta increíble serie de mapas cerebrales.

Creado por investigadores del campus de investigación de Janelia en el Instituto Médico Howard Hughes, los mapas 3D representan la red más extensa de cableado cerebral jamás realizado.

Más allá de enseñarnos más sobre la estructura del cerebro, estos mapas finalmente podrían ayudar a desbloquear algunos de los secretos de la memoria, el gusto, el tacto y más en los ratones, y en humanos.

Desplácese hacia abajo para ver las neuronas disparando en 3D o visite el neuronbrowser de la luz del mousel para explorar regiones cerebrales específicas

Los intentos anteriores de rastrear los caminos de las neuronas individuales se han limitado, mapeo alrededor de una docena de neuronas a la vez, porque el proceso implica analizar millones de imágenes para cada neurona.

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Específicamente, los científicos tienen que iluminar neuronas dentro del cerebro, cortarlas en láminas delgadas, imaginar las sábanas con un microscopio y luego resaltar las neuronas individuales entre los millones de imágenes recolectadas. Al ajustar cada paso de este proceso, los investigadores del campus de investigación de Janelia pudieron reconstruir toda la forma y posición de más de 300 de las aproximadamente 70 millones de neuronas en el cerebro del ratón.

Esto implicó inyectar cerebros del ratón con un virus que resalta unas pocas docenas de neuronas. Luego, el equipo "despejó" el cerebro, para ayudar a la luz a penetrar el tejido, antes de que un microscopio de luz de alta tecnología golpee el cerebro con pulsos de luz. Estos pulsos resaltaron las neuronas y se usaron para afeitar las rodajas cerebrales de 200 micrómetros con una cuchilla de afeitar vibrante. Todo el proceso se repitió luego hasta que todo el cerebro fue fotografiado.

Cada cerebro producía alrededor de 20 terabytes de datos, sobre el espacio de almacenamiento de 4,000 DVD, antes de que se usara algoritmos para unir las imágenes. Un equipo de siete personas capacitadas luego recorrió el conjunto de datos resultante para desenredar digitalmente las neuronas individuales.

“Estas personas son trazadores de neuronas a tiempo completo; Sus esfuerzos y el software que usan son críticos para la fabricación de mapas de alta calidad ”, dijo el neurocientífico Nelson Spruston, director senior de programas científicos de Janelia.

"Hace dos años, cada persona habría necesitado una o dos semanas para rastrear el camino de una neurona a través del cerebro. Hoy, mediante el uso de algoritmos de rastreo de neuronas y software desarrollados por Mouselight y el grupo de computación científica de Janelia, cada miembro del equipo puede rastrear aproximadamente una neurona por día."

El trabajo es significativo porque sabemos muy poco, relativamente, sobre cómo las neuronas transmiten mensajes acorss el cerebro. Por lo general, las neuronas se representan como "huevos fritos con colas" y mientras envían mensajes a través de estas colas, conocidas como axones, las neuronas vecinas recogen los mensajes a través de zarcillos ramificados llamados dendritos. Sin embargo, esta opinión se simplifica en gran medida y se necesitan más datos para saber exactamente cómo se envían, reciben estos mensajes y qué puede hacer que estas redes se degraden.

De su análisis de estas 300 neuronas, los investigadores ya han descubierto. Por ejemplo, los axones de las neuronas individuales en el tálamo a menudo se ramifican en combinaciones inesperadas de áreas corticales, como las involucradas en el gusto, el tacto y el movimiento.

Del mismo modo, en el subículo, una región vinculada al aprendizaje y la memoria, las neuronas casi siempre se acercan a algunos lugares diferentes. Una neurona, los investigadores rastrearon la dispersión en la corteza cerebral, enviando axones largos y ramificados que se producen a través de ambos hemisferios como una "explosión de fuegos artificiales". Al comprender cómo están conectadas estas neuronas, los investigadores no solo desbloquean secretos sobre cómo se forman los recuerdos, como ejemplo, también podrían revelar por qué algunas personas saben los alimentos de manera diferente a otras, y cómo las enfermedades como el Alzheimer pueden afectar la función cerebral.

"Trescientas neuronas son solo el comienzo", dijo el neurocientífico Jayaram Chandrashekar, quien lidera el equipo de Janelia Mouselight. Él y sus colegas esperan rastrear cientos de neuronas más en los próximos meses.

El neurocientífico Eve Marder de la Universidad de Brandeis y el miembro de Janelia agregaron: “Sabíamos que diferentes regiones del cerebro se hablaron entre sí, pero verlo en 3-D es diferente. Los resultados son tan impresionantes porque le dan una visión realmente clara de cómo está conectado todo el cerebro."

El equipo informó el lanzamiento de su conjunto de datos actual y una herramienta de análisis, llamada Mouselight Neuronbrowser, el 13 de noviembre de 2017 en la reunión anual de la Sociedad de Neurociencia en Washington, D.C.

Imágenes/Video: Campus de investigación de Janelia, equipo del proyecto Mouselight