Nowe projekty mają na celu przewodzenie przyszłością neurobiologii

Program OpenScope prowadzony przez Allen Institute zapewnia globalną platformę do badań neuronaukowych, skupiającą się na tym, jak mózg przetwarza wszystko, od codziennych wrażeń wizualnych po doświadczenia psychodeliczne. Inicjatywa ta sprzyja współpracy międzynarodowej, wykorzystując zaawansowane zasoby obserwacyjne do zagłębiania się w podstawowe czynności i spostrzeżenia neuronowe. Sondy neuropikselowe w ramach rurociągu Allen Brain Observatory. Źródło: Instytut Allena

Jak neurony reagują na działanie magicznych grzybów? Co zachodzi w mózgu podczas postrzegania ruchu lub rozpoznawania wzorów słojów w drewnie? W jaki sposób nasz mózg monitoruje stopniowe zmiany w wyglądzie naszych przyjaciół w czasie?

Instytut Allena uruchomił cztery projekty mające na celu zbadanie tych kwestii za pośrednictwem OpenScope, wspólnego obserwatorium neuronauki. Tak jak astronomowie korzystają z kilku dobrze wyposażonych obserwatoriów do badania Wszechświata, tak program OpenScope umożliwia neuronaukowcom na całym świecie proponowanie i kierowanie eksperymentami w rurociągu Allen Brain Observatory. Wszystkie badania są udostępniane bezpłatnie każdemu, kto zajmuje się otwartymi pytaniami dotyczącymi aktywności neuronów w zdrowiu i chorobie.

Celem OpenScope, działającego już szósto rok, jest „pionier nowego modelu w neuronauce” – powiedział dr Jérôme Lecoq, badacz w Instytucie Allena.

„Nasza platforma usprawnia pozyskiwanie danych i globalne udostępnianie, jednocześnie umożliwiając poszczególnym laboratoriom wykorzystanie ich do swoich unikalnych zajęć naukowych” – powiedział Lecoq, który wspólnie z Christofem Kochem kieruje OpenScope. „Staramy się połączyć to, co najlepsze z obu światów: konkretne pytania, którymi zajmują się zespoły pełne pasji, oraz wyrafinowaną platformę obsługiwaną przez doświadczonych eksperymentatorów. To jest nasza wizja przyszłości neuronauki.”

Jeden z tegorocznych projektów OpenScope będzie badał, w jaki sposób psilocybina, związek psychoaktywny zawarty w „magicznych grzybach”, zmienia aktywność mózgu na poziomie komórkowym. Związek ten, znany z wywoływania intensywnych doznań psychodelicznych u ludzi, zostanie wykorzystany do zbadania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw zmienionych funkcji poznawczych i percepcji.

Korzystając z zaawansowanych technik rejestracji na myszach, naukowcy będą obserwować, w jaki sposób neurony komunikują się inaczej pod wpływem psilocybiny. Zbadają także, w jaki sposób te zmiany mogą wpłynąć na zdolność mózgu do przetwarzania i przewidywania informacji zmysłowych, co jest kluczowe dla zrozumienia, jak zbudowana jest percepcja.

„Nasze zainteresowanie tymi związkami wykracza poza ich potencjalne zastosowania kliniczne” – powiedział dr Roberto de Filippo, postdoc na Uniwersytecie Humboldta w Berlinie. „Wierzymy, że odkrycie mechanizmów biologicznych leżących u podstaw ich skutków może dostarczyć fundamentalnego wglądu w procesy rządzące percepcją, poznaniem i samą świadomością”.

Projektem kieruje de Filippo; dr Torben Ott z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie; oraz dr Dietmar Schmitz z Charité – Universitätsmedizin Berlin.

Często przeoczamy stopniowe zmiany w ludziach, z którymi regularnie się spotykamy, zauważając różnice dopiero, gdy oglądamy stare zdjęcie lub spotykamy się z przyjaciółmi po długim czasie. Mimo że te zmiany są prawie niezauważalne, nasze mózgi stale aktualizują nasze wspomnienia o te szczegóły.

Celem projektu OpenScope 2024 jest odkrycie neuronowych podstaw tych aktualizacji. Korzystając z platformy Allen Brain Observatory, badacze będą analizować aktywność mózgu myszy, aby zrozumieć, jak układ wzrokowy mózgu reaguje na zmiany w czasie. Tradycyjnie neurobiolodzy uważali, że układ wzrokowy przetwarza jedynie napływające informacje zmysłowe. Jednak ostatnie odkrycia sugerują, że system ten archiwizuje również wspomnienia wizualne i wykorzystuje je do przewidywania tego, co zobaczymy dalej.

„Chcemy zrozumieć, jak takie wspomnienia wpływają na postrzeganie obrazów w świecie rzeczywistym i jaką rolę odgrywają w tym procesie różne obszary mózgu” – powiedział dr Yaniv Ziv, profesor w Instytucie Nauki Weizmanna. „Rozumiejąc to, chcemy odkryć, czy te wspomnienia wpływają na elastyczność lub sztywność naszego przetwarzania wzrokowego. Na przykład, jeśli widzieliśmy już coś podobnego, czy to sprawia, że ​​nasz mózg jest mniej lub bardziej skłonny do przystosowania się do nowych informacji wizualnych?

Projektem tym kieruje Ziv; Daniel Deitch; dr Alon Rubin; i Itay Talpir, wszyscy z Instytutu Nauki Weizmanna

Jak mózg rozpoznaje poruszające się wokół nas obiekty? Celem projektu OpenScope na rok 2024 jest wyjaśnienie tego podstawowego procesu poprzez badanie percepcji ruchu w korze wzrokowej myszy. Chociaż poprzednie badania zidentyfikowały obszary mózgu, które reagują na różne rodzaje ruchu, leżące u ich podstaw obwody nerwowe pozostają słabo poznane. W projekcie tym wykorzystana zostanie mikroskopia do jednoczesnej obserwacji aktywności wielu neuronów przez kilka tygodni i w różnych częściach kory wzrokowej.