11월 4, 2024

Wpick

지상에서 한국의 최신 개발 상황을 파악하세요

뇌의 모든 뉴런에 대한 최초의 완전한 지도가 공개되었습니다.

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.

성체 초파리의 뇌 커넥톰에서 가장 큰 50개의 뉴런입니다. 출처: Princeton University FlyWire의 Tyler Sloan 및 Amy Sterling(Durkenwald et al., 2024)

“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.

초파리의 뇌에 있는 약 140,000개의 뉴런을 3D로 보여줍니다. 신용: FlyWire.ai. Philip Schlegel(케임브리지 대학교/MRC LMB) 발표.
초파리의 뇌에 있는 약 140,000개의 뉴런을 3D로 보여줍니다. 신용: FlyWire.ai. Philip Schlegel(케임브리지 대학교/MRC LMB) 발표.

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.

—–

내가 읽은 내용처럼요? 흥미로운 기사, 독점 콘텐츠 및 최신 업데이트를 받으려면 뉴스레터를 구독하세요.

Eric Ralls와 Earth.com이 제공하는 무료 앱인 EarthSnap을 방문해 보세요.

—–