Новые проекты призваны стать пионерами будущего нейробиологии

Одно исследование будет изучать изменения в активности мозга на клеточном уровне, вызванные псилоцибином, психоактивным веществом, содержащимся в «волшебных грибах».

Как нейроны реагируют на воздействие волшебных грибов? Что происходит в мозгу при восприятии движения или распознавании структуры древесины? Как наш мозг отслеживает постепенные изменения во внешности наших друзей с течением времени?

Институт Аллена запустил четыре проекта по исследованию этих вопросов. OpenScope, объединенная нейробиологическая обсерватория. Подобно тому, как астрономы используют несколько хорошо оборудованных обсерваторий для изучения Вселенной, OpenScope позволяет нейробиологам по всему миру предлагать и проводить эксперименты в рамках обсерватории Аллена Брэйна. Все исследования доступны бесплатно для всех, кто занимается открытыми вопросами нейронной активности в здоровом состоянии и при заболеваниях.

Проект OpenScope, реализуемый уже шестой год, направлен на «создание новой парадигмы в нейробиологии», сказал доктор Джером Ликок, научный сотрудник Института Аллена.

«Наша платформа улучшает сбор и обмен данными во всем мире, позволяя отдельным лабораториям использовать ее для своих уникальных научных исследований», — сказал Ликок, который вместе с Кристофом Кохом возглавляет OpenScope. «Мы стремимся объединить лучшее из обоих миров: конкретные вопросы, над которыми работают увлеченные команды, и передовую платформу, возглавляемую экспертами-экспериментаторами. Это наше видение будущего нейробиологии».

Галлюцинология

Один из проектов OpenScope этого года будет посвящен изучению того, как ПсилоцибинПсихоактивное соединение в «волшебных грибах» меняет активность мозга на клеточном уровне. Это соединение, известное своей способностью вызывать у людей интенсивные психоделические переживания, будет использоваться для исследования нервных механизмов, лежащих в основе измененного восприятия и познания.

Используя передовые методы записи на мышах, ученые смогут наблюдать, как нейроны по-разному общаются под воздействием псилоцибина. Они также изучат, как эти изменения могут повлиять на способность мозга обрабатывать и прогнозировать сенсорную информацию, что имеет решающее значение для понимания того, как устроено восприятие.

«Наш интерес к этим соединениям выходит за рамки их потенциального клинического применения», — сказал доктор Роберто Де Филиппо, научный сотрудник Университета Гумбольдта в Берлине. «Мы считаем, что выявление биологических механизмов, лежащих в основе их эффектов, может дать фундаментальное понимание процессов, которые происходят. управляют восприятием, познанием и самим сознанием».

Этот проект возглавляет Де Филиппо; ТурбинаутДоктор философии Берлинского университета имени Гумбольдта; И Дитмар ШмитцДоктор философии в Шарите – Берлинском университете.

Как прошлое тонко влияет на наше мировоззрение

Мы часто игнорируем постепенные изменения в людях, которых регулярно видим, и замечаем различия только тогда, когда оглядываемся на старую фотографию или встречаемся с друзьями, живущими на расстоянии. Хотя эти изменения почти незаметны, наш мозг постоянно обновляет воспоминания об этих деталях.

Проект OpenScope 2024 направлен на раскрытие нейронной основы этих обновлений. Используя платформу Allen Brain Observatory, исследователи будут анализировать активность мозга у мышей, чтобы понять, как зрительная система мозга реагирует на изменения с течением времени. Традиционно нейробиологи считали, что зрительная система только обрабатывает поступающую сенсорную информацию. Но недавние открытия показывают, что эта система также сохраняет зрительные воспоминания и использует их для предсказания того, что мы увидим дальше.

«Мы хотим понять, как такие воспоминания влияют на восприятие визуальных образов в реальном мире и какую роль в этом процессе играют разные участки мозга», — сказал Янив Зив, профессор Института науки Вейцмана. «Понимая это, мы стремимся выяснить, влияют ли эти воспоминания на то, насколько гибкой или жесткой является наша визуальная обработка. Например, если мы видели что-то подобное раньше, делает ли это наш мозг более или менее способным адаптироваться к новой визуальной информации?»

Этот проект возглавляет Зев; Даниэль Дейч; Алан Рубин, Кандидат наук.; И Итай Талбервсе в Институте науки Вейцмана

Расшифровка того, как мозг воспринимает движение

Как мозг распознает движущиеся вокруг нас объекты? Проект OpenScope 2024 года направлен на разгадку тайны этого фундаментального процесса путем изучения восприятия движения в зрительной коре мышей. Хотя предыдущие исследования выявили области мозга, которые реагируют на различные типы движений, лежащие в их основе нейронные цепи все еще плохо изучены. В этом проекте будет использоваться микроскоп для мониторинга активности многих нейронов одновременно в течение нескольких недель и в разных частях зрительной коры.

Команда надеется охарактеризовать нейронное представление движения в различных областях мозга и типах клеток и понять конкретные схемы, которые его поддерживают. Результаты этой работы могут иметь более широкое значение, поскольку одни и те же типы клеток и схемы встречаются во всей коре головного мозга.

«Если мы сможем понять, как эти схемы обрабатывают информацию в зрительной системе, весьма вероятно, что те же принципы применимы ко всему мозгу», — сказала доктор Джулия Вейт., Профессор Фрайбургского университета.

Этот проект возглавляет FIT; Хеннинг СпреклерДоктор философии Берлинского технического университета; и доктор Яэль Оран из Фрайбургского университета.

Видеть закономерности вокруг нас

Наш мозг мгновенно распознает бесчисленные сложные визуальные текстуры, которые нас окружают, от замысловатых узоров на крыльях бабочки до узоров древесины. Но как достигается этот замечательный подвиг зрительного восприятия? В этом проекте, запущенном OpenScope, мышей научат различать текстуры, в то время как их нейронная активность в зрительной коре будет контролироваться, связывая нейронные реакции с восприятием. Основные цели — определить, насколько легко распознаются одни текстуры, в то время как другие — сложно, и составить карту взаимодействия различных областей мозга для преобразования визуальных данных в последовательные представления, управляющие поведением.

Исследователи заявили, что эти результаты могут раскрыть основные принципы того, как мозг извлекает понимание из нашего богатого шаблонами визуального мира. Но масштаб и сложность исследования требуют инструментов и ресурсов, выходящих за рамки тех, которые можно найти в типичной лабораторной среде.

«Использование Обсерватории Аллена Брэйна не только увеличит масштаб и охват нашего проекта, но также позволит нам сравнить и поместить его в контекст со всеми другими открытыми научными проектами, которые они вели за последнее десятилетие», — сказал доктор Федерико. Боланьос, старший научный сотрудник Университета Британской Колумбии: «В других областях, таких как физика высоких энергий или астрономия, исследования в области системной нейробиологии должны перейти от отдельных лабораторий к более крупному, взаимосвязанному сообществу, где мы продвигаемся вместе».

Этот проект возглавляет Боланьос; Тимоти Мерфидоктор философии Университета Британской Колумбии; И Хавьер ОрландиДоктор философии Университета Калгари.

Исследование, описанное в этой статье, было поддержано наградой U24NS113646 Национального института неврологических расстройств и инсульта. Национальные институты здоровьяОтветственность за содержание несут исключительно авторы, и оно не обязательно отражает официальную точку зрения Национальных институтов здравоохранения и дочерних институтов.