Mi folyik az agyunkban?


Mi folyik az agyunkban?

Magyar és francia kutatóknak minden eddigi megoldásnál pontosabban sikerült visszafejteni neuronhálózatok információ kódolását optikai jelekből.

Mi folyik az agyunkban?Ahhoz, hogy megértsük, hogyan gondolkodunk, hogyan működik memóriánk, hogyan tudjuk a kiesett vagy hibás agyi funkciókat különféle betegségekben pótolni, hogyan gyógyítsuk a vakságot, az Alzheimer-kórt, kezeljük az epilepsziát, a gerincsérültet vagy a stroke-ot követő állapotot, pótoljuk a végtagokat és még folytathatnánk, meg kell érteni az agy információkódolását. Ahogy a számítógépek esetében a biteken keresztül tudunk a működésig eljutni, úgy az agy esetében a megismerés funkcionális elemi egységét az idegsejtek sejtestjeiben és nyúlványaiban zajló aktív folyamatok, az úgynevezett akciós potenciálok jelentik.

Ivo Vanzette francia kutató marseille-i és Rózsa Balázs (MTA KOKI és Pázmány Péter Egyetem, ITK és Bionikai szak) kutatócsoportjai közös kollaborációban minden eddiginél hatékonyabb eljárást dolgoztak ki az agy aktivitásának dekódolására, amelyet a Nature Communications lap is közölt.

Az ötlet egy valósághű modellt használ az akciós potenciálok genetikai és kémiai szenzorokkal detektált fluoreszcens jeleinek zajtól való elkülönítésére,

amely átlagosan 3-5-ször jobb felbontású a jelenlegi csúcstechnológiánál, de akár több mint egy nagyságrenddel is hatékonyabb éber, szabadon viselkedő állatokon végzett mérésekben, amikor a mozgás különösen sok zajt generál az optikai jelben. Algoritmusuk becslési pontossága eléri a jelenlegi elméleti határt. Azaz maximális hatékonysággal szedi ki a sejtek aktivitásáról az információt a mért optikai jelekből. A módszert kiegészíti egy másik fejlesztés, ami egy auto-kalibrációs folyamat, amely közvetlenül a nyers adatokból vonja ki a legjobb modell paramétereket. Ezáltal szabadítva meg a kutatót a gyakran nehézkes, sejtenkénti kalibrációs mérések elvégzésétől. Az algoritmusuk sokkal kevésbé érzékeny a zajra, ezáltal a jelenlegi megoldásokhoz képest akár egy nagyságrenddel több neuronról válik lehetővé a képalkotás.

A két-foton lézerpásztázó mikroszkópok használatával 15 éve vált lehetővé a genetikai és kémiai szenzorokkal kódolt sejtszintű fluoreszcens jelek optikai/képalkotó felvétele már azonosított neuronális hálózatokban akár a mélyebb agyterületeken is. Manapság rengeteg híres laboratórium használ két-foton mikroszkópot a neuronális aktivitások in vitro, in vivo és éber állatokban való vizsgálatára. A sikerek ellenére a két-foton mikroszkóppal problémás volt a helyi hálózatok dinamikájának vizsgálata. Ugyanis a sejtszintű neuronális aktivitás meghatározása valóban megoldatlan marad kifejezetten akkor, ha a sok adatot kell nagy sebességgel rögzíteni a sok sejt egyidejű felvétele közben. Ennek eredményeképpen, részben kiaknázatlanok voltak azok a potenciális új keletű technológiai fejlesztések (akuszto-optikus szkennelés, holografikus mikroszkópia, 3D-s gyors funkcionális képalkotás), amelyek lehetővé tennék a neuronok nagy térfogatban történő mikroszkópos vizsgálatát.

A fejlesztésekben magyar oldalról Rózsa Balázs és Katona Gergely vezetésével kiemelkedő szerepet töltött be Ócsai Katalin, Kaszás Attila, Lakner Tamás és Szalay Gergely. A fejlesztések részben már a kutatók saját költségén kiépített új „multidiszciplináris” kutatóközpontjában születtek, ahol gépész-, optikai tervező-, szoftver fejlesztő-mérnökök dolgoznak együtt biológusokkal, orvosokkal és biofizikusokkal, annak érdekében, hogy az agy megismerésén felül új terápiás és diagnosztikai eljárásokat alkossanak.

Previous Magyar mérnökök, úttörő megoldások
Next Új plágiumkereső érkezik Magyarországra

No Comment

Leave a reply

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.