Neurověda stojí před monumentální výzvou: podrobně zmapovat činnost lidského mozku, který se skládá z 86 miliard neuronů a nejméně 100 bilionů spojení.
V posledních letech však odborníci dosáhli velmi slibného pokroku. Ačkoli jsme ještě daleko od zmapování celého lidského mozku, nedávno byl zmapován celý mozek dospělé ovocné mušky. Hovoříme o 140 000 neuronech a 5 milionech spojení. Před několika měsíci byl navíc analyzován krychlový milimetr myšího mozku, přičemž bylo zaznamenáno více než 200 000 buněk a 523 milionů spojení. Aby neurověda splnila svůj velký úkol, bude muset vyvinout přesnější a rychlejší technologie, ale mezitím existuje jiný typ mapování, který by mohl převzít vedení.
V minulosti někteří neurovědci uplatňovali spíše konekcionistické přístupy a při poznávání lidského mozku přikládali větší význam tomu, jak jsou neurony navzájem propojeny (silniční mapa), než samotné elektrické aktivitě mozku (autům, která po nich jezdí). Přestože někteří odborníci použili neurozobrazovací techniky nad rámec svých možností a získali kontroverzní výsledky, které jsou pro ostatní výzkumníky nemožné zopakovat, narazili na omezující faktor. Buď zachytili aktivitu mozku jako celku, ale s nízkým rozlišením, nebo menší oblasti, byť s vysokou úrovní detailů. Nyní dvě studie publikované v časopise Nature oznamují první mapu aktivity celého mozku na úrovni detailu odpovídající neuronu (jako by každý neuron byl pixel). Mozek však nepatří člověku, ale více než stovce myší.
Kolik myší je potřeba k nakreslení mapy?
„Je to poprvé, co někdo vytvořil kompletní mapu celého mozku, která zobrazuje aktivitu jednotlivých neuronů během rozhodování,“ říká profesor Alexandre Pouget, spoluzakladatel spolupráce IBL (International Brain Laboratory), která se na tomto výzkumu podílela. „Rozsah je bezprecedentní, protože jsme zaznamenali více než půl milionu neuronů u myší z 12 laboratoří, které pokrývají 279 oblastí mozku, jež dohromady představují 95 % objemu myšího mozku. Rozhodovací činnost, a zejména odměňování, se v mozku rozsvítila jako vánoční stromeček“. Přesněji řečeno, výsledná mapa představuje více než 650 000 neuronů rozmístěných po celém myším mozku.

Zdroj: Youtube.com
Jak jsme již uvedli, tato spolupráce 12 laboratoří nestřídala stejné myši, aby se střídaly při mapování 279 oblastí mozku, ale použila 139 různých vzorků, které byly následně spojeny do „virtuálního“ vzorku. Může to znít zvláštně, ale takto byla vlastně poprvé dokončena studie lidského genomu: pomocí políček od různých jedinců. Úkol to byl vskutku monumentální a týmu bylo jasné, že jediným způsobem, jak ho splnit, je spolupracovat ruku v ruce s dalšími výzkumnými pracovišti.„Viděli jsme, jak úspěšná byla rozsáhlá spolupráce ve fyzice při řešení otázek, na které nedokázala odpovědět žádná jednotlivá laboratoř, a chtěli jsme vyzkoušet stejný přístup v neurovědách,“ řekl profesor Tom Mrsic-Flogel, ředitel Sainsbury Wellcome Centre na UCL a vedoucí člen IBL.
Je těžké se rozhodnout
Když se do studií ponoříme trochu hlouběji, zjistíme, že zájem o tento výzkum nekončí. Na mapě je znázorněna zejména mozková aktivita při rozhodování u myší. Chlupaté pokusné osoby byly podrobeny zkoušce, kdy vědci zaznamenávali mozkovou aktivitu pomocí souboru tenkých sond hluboko v jejich lebkách. Příslušný test byl jednoduchý: myš měla být konfrontována se dvěma světly, jedním vpravo a druhým vlevo. Jejich úkolem bylo otáčet kolečkem ve směru světla, které se v daném okamžiku rozsvítilo. V některých případech by však světlo bylo téměř neznatelné a myš by se musela rozhodnout, co s touto pochybnou informací udělá.
Výsledek přesně potvrzuje potřebu analyzovat činnost mozku jako celku a zároveň usilovat o co nejvyšší rozlišení. Protože na rozdíl od toho, co se prosazovalo před desítkami let, kdy odborníci předpokládali, že kognitivní funkce jsou dány vysoce lokalizovanou aktivitou v určitých oblastech mozku (například sousední oblasti pro pozornost nebo paměť), studie ukazuje, že rozhodování zahrnuje různorodé a vzdálené struktury. Zapojení struktur, jako je thalamus, navíc naznačuje, že myší mozek na základě předchozích zkušeností předvídá, které světlo se rozsvítí.
Výsledky, které by nebyly možné bez mezinárodní spolupráce. Slovy Tatiany Engelové, docentky na Princetonské univerzitě a další hlavní členky IBL: IBL nastavila nejvyšší standardy pro sdílení vysoce kvalitních dat, nástrojů a zdrojů, aby urychlila vědecký pokrok. Nyní je dalším horizontem rozšíření těchto kolektivních odborných znalostí na celou komunitu. Představujeme si, že se k IBL připojí různé skupiny vědců, kteří budou realizovat své vlastní projekty, využívat jedinečné odborné znalosti jejích pracovníků a těžit z otevřené výměny dat a nápadů, kterou může nabídnout pouze rozsáhlá spolupráce.