OTS - Magyar és francia kutatóknak minden eddigi megoldásnál pontosabban sikerült visszafejteni neuronhálózatok információ kódolását optikai jelekből
2016. September 19. 13:20
Budapest, 2016. szeptember 19., hétfő (OTS) - Ahhoz, hogy
megértsük, hogyan gondolkodunk, hogyan működik memóriánk, hogyan
tudjuk a kisesett vagy hibás agyi funkciókat különféle
betegségekben pótolni, (pl. hogy hogyan gyógyítsuk a vakságot,
Alzheimer kórt, kezeljük az epilepsziát, a gerincsérültet vagy a
stroke-ot követő állapotot, pótoljuk a végtagokat és még
folytathatnánk ma a tudományos világot leginkább izgató kérdések
sorát), meg kell érteni az agy információ kódolását. Ahogy a
számítógépek esetében a bit-eken keresztül tudunk a működésig
eljutni, úgy az agy esetében a megismerés funkcionális elemi
egységet 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
rangos Nature Communications lap közölt.
Az ötlet egy valósághű modellt használ az akciós potenciálok
genetikai és kémiai szenzorokkal detektált fluoreszcens jeleinek
zajtól való elkülönítésére, amely átlagosan 3-5x 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 megszabadítva 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 szoftver felhasználóbarát és szabadon elérhető a
Nature Communications honlapján.
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 kutatatók 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.
-------------------------------------------------------------------
Az OTS internetes oldalán található hírek, közlemények, fotók a
forrásmegjelöléssel (OTS) szabadon és korlátozás nélkül
felhasználhatók. Továbbközlés esetén a közzétevő köteles az átvett
anyagot tartalmának torzítása nélkül, félreérthetőséget,
rosszindulatú következtetéseket kizáró, az eredeti
szövegkörnyezetnek megfelelő módon feldolgozni és megjelentetni.
Az OTS hírek nem képezik az MTI hírkiadás részét, az MTI által
szó szerint továbbított tartalomért minden esetben a beadó a
felelős.
© Copyright MTI nonprofit Zrt.
Az OTS szolgáltatással kapcsolatban további információt a
(06-1) 441-9050 telefonszámon vagy a ots@mti.hu elektronikus
levelező címen kaphat.