Первая полномозговая карта принятия решений у мышей

Мыши, вращавшие крошечные рули для перемещения фигур на экране, помогли учёным создать первую полномозговую карту принятия решений с разрешением на уровне отдельных клеток у млекопитающего.

Десятилетиями большинство нейробиологических исследований фокусировалось на небольших скоплениях клеток в изолированных областях мозга. «Но этот метод ошибочен», — заявила Илана Виттен, профессор нейробиологии в Принстонском университете и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. «Мозг постоянно принимает решения в повседневной жизни, и мы пришли к пониманию, что в принятии решений участвует множество областей мозга, а не одна или две».

Виттен совместно с Международной лабораторией мозга (International Brain Laboratory, IBL) — глобальным консорциумом из 22 лабораторий в Европе и США — объединила усилия множества лабораторий, чтобы лучше понять сложность принятия решений в мозге, используя общий стандартизированный подход для отслеживания нейронной активности во время поведения.

Полученные наборы данных, опубликованные в двух статьях в журнале Nature, раскрывают активность более 600 000 нейронов в 279 областях мозга у 139 мышей, предлагая беспрецедентный взгляд на то, как распределённые нейронные сети работают вместе для управления принятием решений.

Сотрудничество как прорыв в нейробиологии

Составление карты всего работающего мозга, даже такого маленького, как у мыши, — огромная задача. «Такого раньше никогда не делали», — отметил Алехандро Пан Васкес, научный сотрудник лаборатории Виттен и соавтор обеих статей. «В этом проекте было много инноваций на организационной стороне для интеграции данных из разных лабораторий. Это оказалось первым случаем, когда подобное крупное сотрудничество было осуществлено в нейробиологии».

Чтобы преодолеть эту проблему, три лаборатории Принстонского университета — под руководством Виттен, Татьяны Энгель и Джонатана Пиллоу — помогли поддержать это сотрудничество, координируя усилия участвующих лабораторий, устанавливая строгие метрики контроля качества, проектируя экспериментальные параметры, собирая данные и разрабатывая стандартизированные аналитические конвейеры, которые позволили объединить данные в единый ресурс для анализа всеми участниками.

Руль и мигающие круги

Задача была обманчиво простой. Мыши сидели перед экраном, на котором периодически на короткое время появлялся чёрно-белый полосатый круг слева или справа. Мышь могла получить глоток сахарной воды, если быстро перемещала круг к центру экрана, вращая крошечный руль в том же направлении, часто делая это в течение одной секунды.

В некоторых испытаниях круг был бледным, что заставляло животное полагаться на прошлый опыт для предположения. Это позволило исследователям изучить, как ожидания влияют на будущие решения.

Пока мыши выполняли задачу, исследователи регистрировали активность мозга с помощью высокоплотных электродов, что позволило им одновременно отслеживать сотни нейронов во многих областях. Работа была разделена между участвующими лабораториями так, что каждая картировала определённую область мозга мыши. Объединённый набор данных охватывает 620 000 нейронов, записанных у 139 мышей в 12 лабораториях, и включает почти весь мозг.

Неожиданные результаты

Полученная карта показала, что активность, связанная с принятием решений, распределена по всему мозгу, включая области, традиционно связанные с движением, а не с познанием. «Один из важных выводов этой работы заключается в том, что принятие решений действительно очень широко распределено по всему мозгу, включая регионы, которые мы ранее считали непричастными», — сказала Виттен.

Опубликованные результаты также «в некотором смысле рекламируют этот уникальный набор данных», — отметила Виттен. «Они описывают, из чего состоит набор данных, как он выглядит, и предоставляют ресурс для использования научным сообществом для дальнейшего анализа. Мы надеемся, что эти статьи вдохновят других на изучение данных и совершение новых открытий с их помощью».

В конечном итоге исследователи полагают, что результаты их работы могут быть использованы в качестве эталона для проверки новых теорий о принятии решений, продвигая тем самым область нейробиологии.

Карта, созданная по всему миру

Прежде всего, сам факт того, что 22 лаборатории по всему миру смогли работать для достижения общей цели, уже является успехом. Это также демонстрирует силу крупномасштабной скоординированной нейробиологии. «Полномозговая карта, несомненно, является впечатляющим достижением, но она знаменует начало, а не грандиозный финал», — сказала Энгель. «IBL показала, как глобальная команда учёных может объединиться, подталкивая друг друга за пределы зон комфорта к неизведанным территориям, которых не смогла бы достичь ни одна лаборатория в одиночку».