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
Jedno z badań zbada zmiany w aktywności mózgu na poziomie komórkowym spowodowane psilocybiną, substancją psychoaktywną występującą w „magicznych grzybach”.
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 OpenScope, wspólne obserwatorium neurologiczne. 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.”
Nauka psychodeliczna
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 zmiany te mogą wpłynąć na zdolność mózgu do przetwarzania i przewidywania informacji zmysłowych, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia sposobu konstruowania percepcji.
„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; Torbena Ottadoktor nauk humanistycznych na Uniwersytecie Humboldta w Berlinie; I Dietmara Schmitzadoktor Charité – Universitätsmedizin Berlin.
Jak przeszłość subtelnie kształtuje nasz światopogląd
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 przeanalizują 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; Daniela Deitcha; Ala Rubina, doktorat; I Itai Talpirwszystko w Instytucie Nauki Weizmanna
Odszyfrowanie, w jaki sposób mózg postrzega ruch
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.
Zespół ma nadzieję scharakteryzować neuronalną reprezentację ruchu w różnych obszarach mózgu i typach komórek oraz poznać konkretne obwody, które je obsługują. Wnioski wyciągnięte z tej pracy mogą mieć szersze implikacje, ponieważ w korze mózgowej występują te same typy komórek i obwody.
„Jeśli uda nam się zrozumieć, w jaki sposób te obwody przetwarzają informacje w układzie wzrokowym, istnieje duża szansa, że te same zasady obowiązują w całym mózgu” – stwierdziła dr Julia Veit., profesor na uniwersytecie we Fryburgu.
Projektem kieruje Veit; Henninga Sprekeleradoktor nauk technicznych na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie; oraz dr Yael Oran z Uniwersytetu we Fryburgu.
Widząc wzorce wokół nas
Nasze mózgi natychmiast rozpoznają niezliczone, złożone tekstury wizualne, które nas otaczają, od skomplikowanych wzorów na skrzydłach motyla po wzór słojów drewna. Ale w jaki sposób dokonuje tego niezwykłego wyczynu percepcji wzrokowej? W tym projekcie OpenScope myszy zostaną przeszkolone w zakresie rozróżniania tekstur, a ich aktywność neuronowa będzie monitorowana w korze wzrokowej, łącząc reakcje neuronowe z percepcją. Kluczowymi celami jest określenie, w jaki sposób pewne tekstury są łatwo rozpoznawalne, podczas gdy inne stanowią wyzwanie, a także mapowanie interakcji różnych obszarów mózgu w celu przekształcenia bodźców wizualnych w spójne reprezentacje kierujące zachowaniem.
Naukowcy twierdzą, że odkrycia te mogą odkryć podstawowe zasady wydobywania wiedzy przez mózg z bogatego w wzorce świata wizualnego. Jednak skala i złożoność badań wymaga narzędzi i zasobów wykraczających poza typowe warunki laboratoryjne.
„Korzystanie z Allen Brain Observatory nie tylko kilkakrotnie zwiększy zakres i zasięg naszego projektu, ale także umożliwi nam porównanie i kontekstualizację ze wszystkimi innymi projektami Open Science, którymi kierowali w ciągu ostatniej dekady”, powiedział dr Federico Bolaños .D., główny analityk danych na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej. „Podobnie jak to miało miejsce w innych dziedzinach, takich jak fizyka wysokich energii czy astronomia, badania w dziedzinie neuronauki systemowej muszą przenieść się z pojedynczych laboratoriów do większej i wzajemnie powiązanej społeczności, w której wspólnie osiągamy postępy”.
Projektem tym kieruje Bolaños; Timothy’ego Murphy’egodoktor nauk humanistycznych na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej; I Javiera Orlandiegodoktor nauk na Uniwersytecie w Calgary.
Badania opisane w tym artykule zostały wsparte nominacją U24NS113646 przyznaną przez Narodowy Instytut Chorób Neurologicznych i Udaru Mózgu Narodowy Instytut Zdrowia. Za treść odpowiadają wyłącznie autorzy i niekoniecznie odzwierciedlają oficjalne poglądy NIH i jego instytutów zależnych.
