Sluit je ogen. Wat zie je? De beelden die zich vormen maken allemaal deel uit van een bewust mentaal landschap. Maar hoe de hersenen de wereld om je heen verwerken, blijft een mysterie voor de wetenschap.
In het verleden was het bijna onmogelijk om de fijne kneepjes van het inzicht in hoe het menselijk brein de visuele input begrijpt, te plagen. Het was niet tot voor kort dat wetenschappers direct individuele neuronen op het werk konden observeren. Nu lanceert het Allen Institute for Brain Science in Seattle het Allen Brain Observatory om deze nieuwe technologie op een ongebruikelijke manier te gebruiken om cognitie te onderzoeken: ze laten muizen films kijken.
Het project omvat 25 laboratoriummuizen die genetisch zijn gemodificeerd zodat hun neuronen oplichten wanneer ze worden afgevuurd, meldt Arlene Weintraub bij Forbes . Elke muis had ook een klein venster in zijn hoofd geïmplanteerd zodat onderzoekers de fluorescerende neuronen in hun visuele cortex konden observeren.
De knaagdieren renden op een loopband en keken naar een clip uit de opening van Orson Welles '1958 Touch of Evil. Toen de beelden voor hen op het scherm verschenen, registreerden de onderzoekers hun hersenactiviteit met een twee-fotonenmicroscoop.
Hoewel dit misschien een ongewone keuze voor de studie lijkt, volgens Jon Hamilton bij NPR, lijkt de drie minuten durende openingsscène van deze cult-klassieke film op maat gemaakt voor de studie. "Het is zwart en wit en het heeft mooie contrasten en het heeft een lange slag zonder veel onderbrekingen, " legt Christof Koch, wetenschappelijk directeur bij het Allen Institute, uit.
De film leek een hit bij de muizen. R. Clay Reid, een senior onderzoeker van het project, vertelt Weintraub dat de 18.000 bewaakte neuronen oplichten. "In de loop van de film reageerden neuronen op verschillende delen ervan op verschillende tijdstippen en op interessante manieren, " zegt hij. "Het was vrij opmerkelijk hoe gevarieerd de reacties van verschillende neuronen waren op deze stimuli."
De microscoop nam op wanneer een neuron schoot en de intensiteit ervan. Door die gegevens te correleren met het beeld op het scherm konden de onderzoekers de functie van elk neuron in kaart brengen. Sommige neuronen schoten bijvoorbeeld alleen af wanneer verticale lijnen op het scherm verschenen. Anderen lichten op toen de camera draaide. De onderzoekers voerden ook verschillende andere experimenten uit, zoals het tonen van muizenafbeeldingen van insecten of dieren en afbeeldingen van zwarte en witte balken, waarbij werd vastgelegd hoe de neuronen reageerden. Het project duurde vier jaar en omvatte 360 experimentele sessies, die 30 terabytes aan gegevens produceerden, meldt Helen Shen van Nature .
Het onderzoek heeft al enkele ongebruikelijke patronen onthuld, meldt Brendan Cole bij Wired . Dezelfde neuronen die vuren wanneer de muizen bijvoorbeeld naar een foto van een vlinder kijken, lichten ook op wanneer de camera tijdens de film draaide. Waarom precies niet bekend is, maar de onderzoekers van Allen hopen dat de bredere wetenschappelijke gemeenschap hen zal helpen erachter te komen.
Daarom hebben ze de dataset openbaar gemaakt als onderdeel van de open-source Allen Brain Atlas. Dat project heeft sinds 2006 verschillende gegevens over muizen en mensenhersenen gehost en maakt deel uit van Microsoft mede-oprichter Paul Allen's ambitieuze half miljard dollar project om het menselijk brein in kaart te brengen.
"Dit is eigenlijk een bonanza, " vertelt computationele neurowetenschapper Steven Zucker van Yale University aan Shen. "Het is alsof iemand de deur opende naar 's werelds grootste neurowetenschappelijk lab voor theoretici over de hele wereld en zei:' Kom binnen en speel met onze gegevens. '"
Die 18.000 neuronen zijn slechts een heel klein begin. "Tegen de tijd dat we klaar zijn, is het zo'n complete encyclopedische dataset die online is en die wetenschappers kunnen delen en gebruiken als uitgangspunt, " vertelt Reid aan Weintraub. De volgende stap is het uitbreiden van het werk om de muizen te monitoren terwijl ze andere taken uitvoeren. Nog geen woord over de vraag of dat betekent dat ze terug naar de film worden gebracht.
