뇌의 모든 뉴런에 대한 최초의 완전한 지도가 공개되었습니다.

전체 도시의 복잡하고 아름다운 지도를 쳐다보고 있지만 도시는 실제로 두뇌라고 상상해 보십시오. 정말 좋은 것 같지 않나요? 이제 과학자들은 이것을 현실로 만들었습니다.

전문가들이 성인의 뇌에 있는 모든 뉴런과 이들 사이의 5천만 개의 연결에 대한 최초의 배선도 또는 ‘신경망’을 만들어 신경과학 분야에 획기적인 기록을 세웠습니다.

완전한 뇌 배선 다이어그램

이 프로젝트는 전 세계 과학자들이 참여하는 대규모 국제 협력 단체인 FlyWire Consortium 덕분에 가능해졌습니다. MRC 분자생물학 연구실 케임브리지, 프린스턴 대학교, 버몬트 대학교, 프린스턴 대학교 케임브리지대학교.

저널에 2편의 논문으로 발표된 연구 자연걷고 볼 수 있는 동물인 성체 초파리의 뇌에 있는 모든 139,255개의 뉴런에 대한 최초의 완전한 연결 다이어그램을 제공합니다.

이전 연구에서는 3,016개의 뉴런을 포함하는 초파리 유충이나 302개의 뉴런을 포함하는 선충과 같은 더 작은 뇌 시스템을 매핑했습니다.

그러나 이번 연구는 보다 복잡한 유기체의 전체 규모 신경 지도를 제공함으로써 새로운 지평을 열었습니다.

인간의 두뇌 대 파리의 두뇌

성체 초파리 뇌의 모든 뉴런을 매핑하는 것은 인간 뇌를 포함한 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하는 데 중요한 단계입니다.

초파리에는 약 140,000개의 뉴런이 있는데, 이는 인간 뇌의 860억 개의 뉴런에 비해 적은 수이므로 연구하기가 훨씬 쉽습니다.

과학자들은 초파리를 빠르게 번식시키고 변형시켜 유전학을 조작하고 변화가 신경 회로와 행동에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.

이러한 단순성은 연구자들이 너무 복잡해지지 않고 뇌 기능의 기본 원리를 발견하는 데 도움이 됩니다.

뇌 지도는 인간의 뇌에 대한 통찰력을 제공합니다

흥미롭게도 초파리의 많은 생물학적 과정은 인간의 과정과 매우 유사합니다. 뇌 발달, 뉴런 연결 및 학습을 제어하는 ​​유전자와 경로는 종 전체에 걸쳐 보존되는 경우가 많습니다.

과학자들은 초파리 뇌를 지도화함으로써 이러한 과정이 더 간단한 시스템에서 어떻게 작동하는지 배우고 이러한 통찰력을 더 복잡한 뇌에 적용할 수 있습니다.

또한, 파리의 뉴런이 어떻게 의사소통하는지 이해하면 신경 회로의 조직 및 행동의 일반적인 패턴이 밝혀지며, 이는 인간의 행동과 인지 기능도 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

마지막으로, 초파리 뇌 지도를 작성하기 위해 개발된 도구와 기술은 신경과학 연구에 획기적인 길을 열었습니다. 초파리 연구에서 얻은 이미징, 유전자 조작 및 데이터 분석의 혁신은 인간 뇌를 포함하여 더 복잡한 뇌를 연구하는 데 적용될 수 있습니다.

초파리의 통찰력은 신경 질환과 발달 장애를 모델링하는 데 도움이 되어 인간을 위한 잠재적 치료법으로 이어질 수도 있습니다.

신경과학 분야의 지속적인 연구

이번 연구 결과는 뇌 구조와 기능에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 신경과학 분야에서 진행 중인 연구와 중요한 비교 자료를 제공합니다.

“뇌가 어떻게 작동하는지 이해하려면 모든 뉴런이 어떻게 서로 연결되고 생각을 할 수 있는지에 대한 기계적인 이해가 필요합니다. 대부분의 뇌에서는 이러한 네트워크가 어떻게 작동하는지 전혀 모릅니다.

초파리 뇌의 상세한 지도는 이러한 많은 질문에 답할 수 있으며 신경 회로의 복잡성을 드러낼 수 있습니다.

뇌 배선의 유사점

이번 연구에서 가장 주목할만한 결과 중 하나는 현재 지도와 이전의 소규모 노력 사이에서 발견된 연관성이 매우 유사하다는 것입니다.

이는 각 뇌가 고유한 구조라는 믿음과는 달리, 각 뇌가 배선에서 본질적인 유사성을 공유한다는 결론으로 ​​이어졌습니다.

두뇌 매핑 여행

이 위업을 달성하려면 너비가 1밀리미터도 안 되는 파리 뇌 전체를 7,000개의 얇은 조각으로 자르는 것이 포함되었습니다.

그런 다음 고해상도 전자현미경을 사용하여 이 조각을 주의 깊게 검사하여 약 140,000개의 뉴런의 모양과 이들 사이의 5천만 개의 연결을 추출했습니다.

인공지능의 힘

이 방대한 양의 데이터를 분석하는 작업은 머신러닝을 통해 가능해지며, 이는 신경과학에 혁명을 일으킬 수 있는 AI 기술의 잠재력을 입증합니다.

데이터의 정확성을 보장하려면 약 33년의 교정 작업이 필요합니다. 이러한 어려움에도 불구하고 이러한 엄격한 노력의 결과는 신경과학 분야의 미래 발견을 위한 길을 열었습니다.

단순히 신경 연결을 설정하는 것 외에도 연구자들은 뇌 전체에 걸쳐 8,000개 이상의 세포 유형을 분류하는 등 배선 다이어그램의 많은 세부 사항도 설명했습니다.

“이 데이터 세트는 Google 지도와 약간 비슷하지만 뇌의 경우: 뉴런 간의 초기 연결 다이어그램은 지구의 위성 이미지에서 어떤 구조가 어떤 거리와 건물에 해당하는지 아는 것과 같습니다.”라고 Dr. Philipp Schlegel은 설명했습니다. 연구. 연구.

뇌 기능 시뮬레이션

연구원들의 작업은 단순한 매핑 그 이상으로 확장됩니다. 그들은 또한 AI 이미지 스캐닝 기술을 사용하여 각 시냅스가 억제성인지 흥분성인지 예측했습니다. 이는 뇌를 디지털 방식으로 시뮬레이션하는 데 중요한 측면입니다.

Jeffress 박사는 “우리가 작업하면서 온라인으로 공유된 데이터를 사용하여 다른 과학자들은 이미 파리 뇌가 외부 세계에 반응하는 방식을 모방하기 시작했습니다.”라고 말했습니다.

“이것은 중요한 시작이지만 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 신뢰할 수 있는 시뮬레이션을 생성하려면 다양한 유형의 데이터를 수집해야 합니다.”

향후 연구방향

이 연구는 의심할 여지없이 뇌에 대한 우리의 이해에 혁명을 가져왔지만 아직 여정은 끝나지 않았습니다. 우리가 앞으로 나아가면서 향후 연구에서는 수컷 초파리와 암컷 초파리의 뇌 사이의 신경 구조의 차이를 탐구하게 될 것입니다.

“우리 배선 다이어그램의 포괄성은 뇌 연구에 큰 이점을 제공하며 이전에는 파리 뇌 부분의 배선 다이어그램을 사용하여 가능하지 않았던 많은 유형의 연구를 가능하게 합니다.”라고 연구원들은 지적했습니다.

해당 연구는 저널에 게재되었습니다. 자연.

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