Ein neues optisches system zeigt, wie die Entscheidungen leuchtet das Gehirn

Wenn wir selbst einfache Entscheidungen darüber, wie die Interaktion mit der Welt, wir verlassen uns auf die Berechnungen von Netzwerken von Neuronen, die sich über unsere Köpfe. Aber was genau sind diese neuronalen Netze computing?

Die Beantwortung dieser Frage erfordert die Messung der Aktivität von vielen Neuronen über das ganze Gehirn wie ein Tier, das eine Entscheidung trifft.

Nun ist es einem team von Stanford-Forschern geführt von bioengineer Karl Deisseroth und Elektro-Ingenieur Gordon Wetzstein—zusammen mit Diplom-student Isaac Kauvar und Postdoc-fellow Timothy Machado—entwickelt hat, eine optische Technik, die gleichzeitig aufzeichnen der Aktivität von Neuronen, der Ausbreitung über die gesamte Oberfläche der Maus zerebralen cortex, einem wichtigen Teil des Gehirns beteiligt, Entscheidungen zu treffen. Sie veröffentlichten Ihre Ergebnisse im Mai in der Fachzeitschrift Neuron.

Optische Untersuchungen des Gehirns sind nicht völlig neu. Forscher bereits wissen, wie zu verfolgen die Aktivität des Gehirns mit Hilfe von fluoreszierenden Farbstoffen und Proteinen, die Licht emittieren, wenn ein neuron feuert. Bis jetzt jedoch, wie bei den optischen Verfahren sind nicht in der Lage, die schwache Lichtblitze aus vielen Nervenzellen, verteilt über die gekrümmte Oberfläche des zerebralen Kortex und arbeiten zusammen, um eine Entscheidung wie die, ob oder nicht, um einen Schluck Wasser nehmen.

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Zur überwindung dieser Barriere, die die Stanford-Forscher entworfen, einem bifokalen Mikroskop—Analog zur Bifokal-Brille, die es ihm ermöglicht zu halten, die gesamte gekrümmte Oberfläche des Gehirns in den Fokus.

Die bifokalen Mikroskop verwendet eine einzelne Kamera zu erfassen, werden zwei Filme der neuronalen Aktivität in der gleichen Zeit: man konzentrierte sich auf den Seiten des Gehirns, und der andere konzentriert sich auf die Mitte, um ein side-by-side-Ansicht in einem video gezeigt. Die Forscher dann rechnerisch extrahieren Signale reflektieren von timing, Intensität und Dauer, wenn Neuronen feuern—von beiden dieser Filme zu erhalten, eine umfassende Messung der neuronalen Aktivität über die gesamte Oberfläche.

Die Forscher nennen dieses system die Kortikale Beobachtung durch die Synchrone Multifokale Optische Abtastung, oder KOSMOS. Zusätzlich zum Studium der motorischen Kontrolle und der Entscheidungsfindung, das team ist auch mit KOSMOS zu studieren, die die sensorische Wahrnehmung bei Tieren und als screening-Verfahren zu entwickeln, die besser zu den Psychopharmaka.