Технологии пластинации, или почему мы до сих пор не воскресили червя на основе 20 лет как известного его коннектома?

 

Технологии пластинации, или почему мы до сих пор не воскресили червя на основе 20 лет как известного его коннектома?

 

Пластинация - это сохранение мозга человека с помощью превращения его в полимер при помощи химических фиксаторов. Такой мозг можно затем порезать на листы и отсканировать с высоким разрешением, а затем загрузить модель коннектома в компьютер.

Хороший обзор технологий пластинации предложен на сайте iO9 http://io9.com/5943304/how-to-preserve-your-brain-by-turning-it-into-plastic

Эта статья основана на интервью с Дж.Смартом. Он утверждает, что в основе идеи о пластинации лежат идеи о коннектализма – что все основные черты мозга определяются коннектомом – схемой соединений нейронов и типами синапсов на концах этих соединений, а также небольшими эпигенетическими вариациями в ядрах нейронов.

По идее, в течение 15 минут после смерти должна быть проведена перфузия мозга – то есть закачка по уже существующим сосудам специального вещества – глютаральдегида – которое давно используется для фиксации препаратов в электронной микроскопии. Это вещество крепко связывает белки. После этого исчезает гонка со временем, так как вторую стадию фиксации можно проводить относительно не спеша, в отличие от крионики. Затем используется тетраксид осьмия, чтобы зафиксировать жиры и клеточные мембраны, но это можно сделать уже через несколько месяцев. А затем применяются ацетоноподобные смеси, чтобы убрать воду из законсервированного мозга и превратить его в нечто вроде прочного пластика. После этого он может неограниченно храниться при комнатной температуре.

Затем его можно сканировать, разрезая на тонкие листы с помощью специального алмазного нано-ножа, который уже разрабатывается и будет использован в проекте Коннектом человека, который профинансирован в США и должен быть реализован примерно к 2020 году. На основании карты коннектома будет создана компьютерная модель мозга. Уже давно есть карта коннектома червя С.Элеганс, у которого 302 нейрона и около 6000 синапсов, но пока не удалось сделать его рабочую модель. Одна из компаний, которая это делает – это международная открытая коллаборация Openworm http://www.openworm.org/

В России над частью проекта работает А.Пыльянов, он делает модель тела червя и его среды обитания, чтобы подавать на вход нейронной сети правильные сигналы.

Хотя коннектом червя известен с 1980-х годов, попытки оживить его наскоком не удавались. Некоторые даже стали думать, что дело тут в эзотерической душе червя, не поддающейся моделированию.

В блоге Джефа Кауфмана приведен обзор трудностей в конструировании модели червя. В частности, указывается, что мы обладаем гораздо лучшим пониманием работы нервной системы сетчатки глаза млекопитающего, чем нервной системы червя, и маленький размер червя нам тут не помогает. http://www.jefftk.com/p/whole-brain-emulation-and-nematodes

Дело в том, что, хотя мы знаем, как связаны нейроны в нервной системе червя, этой схемы мало, пока мы не знаем, какие функции выполняют отдельные нейроны. Это подобно тому, как если бы у нас была схем соединений деталей в телевизоре, но при этом мы бы не знали назначения отдельных деталей. Для того, чтобы установить функцию каждого отдельного нейрона, необходима быстрая запись его работы – то есть мы должны знать, как он срабатывает в ответ на определенные комбинации входных импульсов. И это технически разрешимая задача – методами оптогенетики. То есть встраивания в геном флуоресцентных белков, которые вспыхивают в ответ на определённую химическую реакцию. В результате мы сможем зафиксировать поступление входящих сигналов на синапсы одного нейрона, реакцию синапса на эти сигналы – какие нейромедиаторы выделились – и затем реакцию самого нейрона – в ответ на какие срабатывания синапсов и с какой вероятностью он сработал. Для этого нам нужно вывести червя с несколькими флуоресцентными биомаркерами, зафиксировать его и записывать через микроскоп на быструю видеокамеру поведение интересующего нас нейрона - то есть это сложный эксперимент, который, однако, недавно был в похожей форме реализован на мозге рыбок.

Эта видеозапись генетически модифицированного нейрона может казаться колоссальным усложнением для процедуры сканирования мозга человека, однако на самом деле, эта процедура нужна для установления общих функций нейрона, и затем, когда они будет известны, мы сможем выяснять индивидуальные особенности работы нейронов конкретного человека путем выявления химических маркеров в пластинированном мозге, не прибегая к наблюдению за работой живого мозга.

Пример. Если мы бы разбирали телевизор, то в начале нам нужно было бы долго тыкать в него осциллографом, чтобы выяснить, что серебряные железки являются диодами, красные железки являются резисторами, а серебряные барабанчики – конденсаторами. Но когда мы это выяснили, то нам достаточно бегло взгляда на поверхность печатной платы, чтобы понять, где там находятся резисторы, диоды и конденсаторы. Именно поэтому проект Openworm должен стать не только работающей моделью червя, но и фрэймворк для моделирования различных организмов.

Кроме того, выясненные функции отдельных нейронов будут одинаковы у каждого червя, как колбочки и палочки одинаковы в каждой человеческой сетчатке. А с помощью пластинации мы сможем выяснять индивидуальные различия человеческих мозгов, то есть извлекать личную память. Функции отдельных нейронов в мозге человека мы можем узнать, наблюдая за аналогичными нейронами у млекопитающих, или культивируя их в питательной среде, если у человека найдутся какие-то особенные нейроны.

Итак, в целом все готово для технологии пластинации мозга, и первые возвращенные к жизни люди будут, судя по всему, именно пластинированы, а не крионированы. И это может произойти довольно скоро. Но затык пока на понимании функций отдельных нейронов, а для этого надо помогать проекту Openworm разбираться с функциями отдельных нейронов у червя.

 

Большой обзор у gwern о пластинации и ее сравнение с крионикой

http://www.gwern.net/plastination

 

⇐ Предыдущая68697071727374757677Следующая ⇒

Поделиться: