Mezinárodní výzkum popsal, jak vypadá proces rozhodování v mozku myši. Na základě analýzy stovek tisíc neuronů vědci prokázali, že to je mnohem složitější, než se jevilo doposud. Detaily popsal v rozhovoru pro ČT24 americký vědec českého původu.
Lidský mozek je nejsložitější strukturou ve známém vesmíru. Do detailu ho popsat je mimo současné možnosti vědy. Ale vědci teď dokázali, úplně poprvé, popsat, jak probíhá rozhodování alespoň v myším mozku. Aby to dokázali, muselo spojit síly dvaadvacet předních institucí, celkem se do tohoto převratného projektu tedy zapojily stovky nejlepších odborníků v oboru na světě.
Impozantním výsledkem této snahy je mapa neuronů v myším mozku, která zobrazuje aktivitu celého mozku během procesů spojených s rozhodováním. Vědci dokázali zmapovat přes šest set tisíc neuronů v 279 oblastech mozku.
Využili na to údaje od 139 myší, ani přesto ale nedokázali zachytit úplně celý mozek. Chybí jim stále asi pět procent, ale věří, že pro komplexní pochopení toho, jak tento orgán funguje, to je dostatečné.
Vědecká odysea
Projekt byl nesmírně náročný – vědci nejprve museli vytvořit standardizovaný postup, který sdílely dvě desítky laboratoří po celém světě, a pak se společně vydat na roky trvající „vědeckou plavbu“ k vysněnému cíli. Narazili při ní na spoustu nástrah, museli sledovat zcela detailně nervovou aktivitu u jednotlivých myší a zaznamenávat všechna data jednotlivých neuronů i aktivovaných oblastí.
Výsledky pak sdíleli, integrovali a analyzovali. Celé to trvalo sedm let.
Místo v Ithace jejich vědecká odysea skončila na začátku září na stránkách odborného časopisu Nature rovnou ve dvou studiích. První se věnovala elektrické aktivitě spojené s rozhodováním, druhá se zaměřila na to, jaké procesy se na tom podílejí. Dohromady podle autorů obě práce vytvářejí plastický obraz toho, co se v myším mozku při rozhodování děje.
Předchozí výzkumy naznačovaly, že při rozhodování se aktivují jen malé skupiny neuronů v některých částech mozku, a to hlavně v těch, které souvisejí se smyslovými vjemy a s poznávacími funkcemi. Jenže nová mapa vypráví jiný příběh – nervová aktivita je zřejmě mnohem rozsáhlejší a elektrické signály se během různých fází rozhodování šíří téměř po celém mozku.
Jako by byl celý mozek jedna velká veslice, kde musí do pádel zabrat všichni veslaři, aby se loď pohnula vpřed a mozek učinil rozhodnutí.
Ne všichni ale pádlují stejně silně a najednou. Podle mapy se aktivita nejprve zvýšila v zadní části mozku, v oblastech, které zpracovávají vizuální vjemy, teprve pak se rozšířila po celém mozku, a když myš nakonec dostala zaslouženou odměnu, následovala další rozsáhlá mozková aktivita.
Česká stopa
Jedním z důležitých autorů studie je také Karel Svoboda z Allenova Institutu ve Spojených státech. Má sice české jméno, ale česky by si dnes dokázal „maximálně tak objednat pivo“. Jde totiž o potomka českých emigrantů, kteří opustili svou vlast kvůli komunistickému režimu.
V rozhovoru pro Českou televizi uvedl, že výzkum ukázal, že mozek myši je strukturou stejně složitý jako lidský. „Má všechny stejné části, všechny stejné typy buněk, sice menší počet neuronů, ale stejný počet typů neuronů. Všechna spojení tam jsou,“ přiblížil.
Právě proto podle něj byla tak důležitá spolupráce více institucí, včetně té jeho: „Ukázalo se, že jednotlivé laboratoře samy o sobě nedokážou zvládnout úkol pochopit celý mozek.“
Pochopit celý tento proces – jak mozek zpracovává informace, kombinuje je s předchozími zkušenostmi a následně generuje pohyby – je podle Svobody velmi složité. „Zahrnuje celý mozek a nedá se plně pochopit v jednotlivých laboratořích. Tato studie je proto velmi ambiciózní, protože zavádí mezinárodní spolupráci mezi mnoha laboratořemi, které pracují na různých částech stejného problému.“
Výzkum podle něj uspěl nejen díky spolupráci, ale i pokroku v technologiích: „Studie využívá důležitou technologii. Tato technologie byla vyvinuta v Belgii v polovodičové továrně, jsou to elektrody velmi, velmi tenké – tenčí než lidský vlas. Mají tisíce elektrických kontaktů, které se zavádějí do mozku a dokážou zachytit elektrické signály produkované tisíci jednotlivých neuronů,“ popsal.
Díky tomu mohli vědci sledovat nejen to, co dělají jednotlivé neurony, ale i skupiny neuronů. „Získáváte tak představu o tom, co dělá celý neurální orchestr. Do mozku se vloží několik těchto elektrod a stejný experiment se provádí na jednotlivých myších v různých laboratořích. Data se pak spojují a kombinují. Důležitým zjištěním bylo, že to vůbec funguje,“ dodal vědec.
Po desetiletí vědci studovali mozkovou aktivitu během určitých úkolů pomocí elektrod, které zaznamenávají elektrické impulsy z jednotlivých neuronů. Zaznamenávání jednoho neuronu individuálně je však obtížné a pomalé; několik měsíců takové práce by přineslo výsledky jen z přibližně sta neuronů, což činí tuto techniku nejvhodnější pro studium vysoce cílených oblastí mozku.
A co člověk?
Popsat podobně lidský mozek zatím není možné. Zatím nejvíc se k tomu přiblížili vědci z Harvardu a společnosti Google ve výzkumu, který zveřejnili loni.
Popsali jen milimetr krychlový, tedy část mozkové tkáně, která je menší než špendlíková hlavička. Skrývá se v něm ale čtrnáct set terabajtů dat a obsahuje 57 tisíc buněk, 230 milimetrů cév a 150 milionů synapsí, které tuto tkáň tvoří.
Pro srovnání: počítač prodávaný v roce 2024 může mít disk s pamětí například jeden terabajt. Zmíněný milimetr krychlový lidské tkáně má tedy paměť jako čtrnáct set takových počítačů.
Podle Svobody se dají ale nové výsledky pro pochopení procesů v lidském mozku docela dobře využít. „Design mozku u savců je velmi podobný. Typy buněk i spojení jsou podobné. Mnoho základních procesů, například vidění nebo generování pohybů, je přenositelné,“ nastínil.
„Takto rozsáhlé záznamy je v současnosti možné dělat jen u malých savců. U primátů to půjde jen částečně a u lidí jen ve velmi omezených případech – například při operacích epilepsie, kdy se provádí záznamy z mozku pro určení ložiska,“ vysvětlil.
Varoval ale před přílišným zobecněním výsledků: „Obecně jsou sice základní vlastnosti mozku podobné napříč druhy, ale některé funkce jsou specifické. Například pro studium jazyka nejsou myši vhodným modelem,“ ujasnil.
