חוקרים הצליחו לשרטט את המפה הפונקציונלית הגדולה ביותר של מוח עד כה, הודות לעכבר שצפה בקטעים מתוך הסרט "המטריקס". המפה כוללת תרשים של מערכת הקשרים המחברים 84 אלף נוירונים, בזמן שהם שולחים מסרים זה לזה.
החוקרים, שהשתמשו בפיסה ממוחו של העכבר בגודל של גרגר סומסום, הצליחו לזהות את הנוירונים הללו ולעקוב אחרי האופן שבו הם מתקשרים באמצעות סיבים דמויי ענפים דרך כ־500 מיליון צמתים המכונים סינפסות. מערך הנתונים העצום, שפורסם ביום רביעי בכתב העת המדעי נייצ'ר, הוא צעד לקראת פענוח המסתורין של פעולת המוח שלנו. הנתונים מוצגים בהדמיה תלת־ממדית צבעונית שמאפשרת להבדיל בין מעגלים מוחיים שונים, ופתוחים למדענים ברחבי העולם שמעוניינים לערוך מחקר נוסף – אבל גם לסקרנים שרק רוצים להציץ בהם.
"זה מעורר יראת כבוד, בדיוק כמו להסתכל על תמונות של גלקסיות", אמר פורסט קולמן מהמכון למדעי המוח אלן בסיאטל, אחד מראשי צוות החוקרים. "זה מאפשר לחוש עד כמה אתה מורכב. אנחנו מסתכלים רק על חלק זעיר ממוח של עכבר, והיופי והמורכבות שרואים בנוירונים האלה ובמאות מיליוני החיבורים ביניהם פשוט מדהימים".
האופן שבו אנחנו חושבים, מרגישים, רואים, מדברים ונעים נובע מנוירונים, תאי עצב במוח – כיצד הם מופעלים ושולחים מסרים זה לזה. מדענים ידעו זה מכבר שהמסרים הללו נעים מנוירון אחד לאחר דרך סיבים הנקראים אקסונים ודנדריטים, שמסתייעים בסינפסות כדי לקפוץ לנוירון הבא. אך אנו יודעים פחות על רשתות הנוירונים שמבצעים משימות מסוימות, או איך שיבושים בחיבורים הללו עשויים להיות קשורים לאלצהיימר, לאוטיזם או להפרעות אחרות.
"אתה יכול להעלות אלף השערות על אופן עבודתם של תאי מוח, אבל אינך יכול לבדוק את ההשערות הללו בלי לדעת אולי את הדבר הבסיסי ביותר – איך התאים האלו מחוברים", הסביר קליי ריד, חוקר במכון אלן שסייע בפיתוח שימוש במיקרוסקופיה אלקטרונית לחקר חיבורים עצביים.
במיזם החדש, צוות של יותר מ־150 חוקרים ממספר רב של מדינות מיפו חיבורים עצביים, שקולמן מדמה לאטריות ספגטי סבוכות המתפתלות דרך אזור במוח העכבר שאחראי על הראייה.
אז איך ממפים מוח של עכבר? השלב הראשון הוא להראות לעכבר קטעים מסרטי מדע בדיוני, ספורט, אנימציה וטבע. צוות במכללת ביילור לרפואה עשה בדיוק את זה, תוך שימוש בעכבר מהונדס גנטית עם גן שגורם לנוירונים שלו לזהור כאשר הם פעילים. החוקרים השתמשו במיקרוסקופ לייזר כדי לתעד כיצד תאים מסוימים בקליפת הראייה במוח נדלקים כאשר הם מעבדים את התמונות שהבהבו מול עיניו של העכבר.
לאחר מכן מדענים ממכון אלן ניתחו את פיסת רקמת המוח הקטנה הזו, תוך שימוש בכלי מיוחד שחתך אותה ליותר מ־25 אלף פרוסות, כל אחת מהן דקה בהרבה משערה אנושית. בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים הם צילמו כמעט 100 מיליון תמונות של הפרוסות הללו ברזולוציה גבוהה, שהאירו את הסיבים דמויי הספגטי והרכיבו את הנתונים מחדש בהדמיה תלת־ממדית.
לבסוף, מדענים מאוניברסיטת פרינסטון השתמשו בבינה מלאכותית כדי לעקוב אחר כל החיבורים הללו, ו"צבעו כל אחד מהחוטים בצבע שונה, כדי שנוכל לזהות כל אחד מהם בנפרד", הסביר קולמן.
החוקרים העריכו כי אם החיווט המיקרוסקופי הזה ייפרס, הוא יגיע לאורך של יותר מחמישה קילומטרים. ההתאמה בין האנטומיה הזו ובין הפעילות במוח העכבר בעת הצפייה בסרטונים אפשרה לחוקרים לעקוב אחר אופן פעולתם של המעגלים.
החוקרים מפרינסטון יצרו גם עותקים דיגיטליים תלת־ממדיים של הנתונים, כך שמדענים אחרים יוכלו להשתמש בהם לפיתוח מחקרים חדשים. האם מיפוי כזה עשוי לעזור למדענים בעתיד למצוא טיפולים למחלות מוח? החוקרים מכנים זאת "צעד בסיסי", בדומה למיזם הגנום האנושי שסיפק לראשונה מיפוי גנטי והוביל בסופו של דבר לטיפולים מבוססי גנים. מיפוי מוח שלם של עכבר הוא אחד היעדים הבאים.
"הטכנולוגיות שפותחו במיזם הזה ייתנו לנו הזדמנות ראשונה לזהות באמת איזה דפוס לא נורמלי בקשרים שבין תאי העצב במוח, שמוביל לבעיה", אמר סבסטיאן סונג, נוירולוג ומדען מחשב מאוניברסיטת פרינסטון ואחד ממובילי התוכנית.
המחקר "מסמן קפיצה גדולה קדימה, ומציע משאב קהילתי יקר ערך לתגליות עתידיות", כתבו מריאלה פטקובה וגרגור שכוקנכט, מדעני המוח מהרווארד שלא נכללו במיזם. המאגר הציבורי העצום, הם הסבירו, "יסייע בפענוח הרשתות העצביות המורכבות שמאחורי קוגניציה והתנהגות".
