Bei der Analyse von Daten aus dem Kortex versuchen wir oft zu verstehen, was jedes Neuron in Bezug auf seine Eingaben von anderen Neuronen tut – eine bestimmte Art von Systemidentifikationsstrategie. Die meisten aktuellen Ansätze verwenden zu diesem Zweck verallgemeinerte lineare Modelle ( Übersichtsartikel ).
Bei sehr kleinen Systemen wie dem Wurm c.elegans muss zumindest optisch von allen Neuronen gleichzeitig aufgezeichnet werden können. Wie gut können wir die Ausgabe jedes Neurons basierend auf seinen Eingaben in solch einfachen Systemen verstehen? Was sind die besten Datenbanken, um solche Fragen zu stellen?
Der Grund, warum ich diese Frage jetzt stelle, ist, dass das Human Brain Project , das gerade ungefähr eine Milliarde Dollar an Finanzmitteln erhalten hat, im Grunde solche Daten für jede Zelle im gesamten Gehirn benötigt.
Bei sehr kleinen Systemen wie dem Wurm c.elegans muss zumindest optisch von allen Neuronen gleichzeitig aufgezeichnet werden können.
Es stimmt zwar, dass die optische Aufzeichnung des gesamten Organismus in C. elegans technisch möglich ist, aber mir ist keine veröffentlichte Arbeit bekannt, in der alle Neuronen gleichzeitig identifiziert und aufgezeichnet und dann systematisch mit Konnektivitätsdaten kombiniert wurden.
Ich sollte anmerken, dass dies nicht auf C. elegans beschränkt ist. Das Labor von Florian Engert hat auch Gesamtorganismus-Aufnahmen von Zebrafischen veröffentlicht. Im Moment sind jedoch noch technische Herausforderungen zu bewältigen, bevor wir die von Ihnen gewünschten Input-Output-Beziehungen auf der Ebene des gesamten Organismus erhalten. Zunächst einmal sind die Aufnahmen nicht wirklich gleichzeitig, in dem Sinne, dass es immer noch Zeit braucht, 3D-Bilder aus Z-Stapeln aufzubauen. Zweitens ist die Bildverarbeitung zur Kennzeichnung von Neuronen noch nicht robust. Und schließlich basieren die gängigsten optischen Indikatoren auf dem Calciumspiegel und liefern daher nur einen Anhaltspunkt für das Membranpotential und haben darüber hinaus Einschränkungen in Zeitauflösung, Reichweite und Genauigkeit.
Das Gebiet entwickelt sich jedoch schnell und ich vermute, dass diese Herausforderungen in den nächsten Jahren überwunden werden.
Was sind die besten Datenbanken, um solche Fragen zu stellen?
Es gibt noch keine Datenbank für die neuronale Aktivität von C. elegans, wahrscheinlich weil die Anzahl der Gruppen, die optische Aufzeichnungen in C. elegans veröffentlichen, noch recht klein ist. Aber je mehr Labore die Technik aufgreifen, desto offensichtlicher wird der Wert einer Datenbank für die Community, und das OpenWorm-Projekt bietet die dringend benötigte Führungsrolle in diesem Bereich.
Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass wir am Ende vielleicht feststellen werden, dass neuronale Aktivität und Konnektivität nur einen Teil der Geschichte liefern. Es ist wahrscheinlich, dass in C. elegans auch Neuromodulatoren und andere "unverdrahtete" Verbindungen zwischen Neuronen eine sehr wichtige Rolle spielen könnten.
Memmen
Konrad Kording