Researchers sketching out a 'wiring diagram' for rat brains have discovered its structure is organized like the Internet. They say the animal's cerebral cortex is 'like a mini-Internet'. The first comprehensive picture of how neurons connect to one another found local networks of neurons layered like the shells in a Russian nesting doll. The Internet has countless local area networks that then connect with larger, regional networks and ultimately with the backbone of the Internet. The brain operates in a similar way, the researchers found. 'The cerebral cortex is like a mini-Internet,' said Larry Swanson, professor at the USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, and corresponding author of a paper on the discovery. 'The Internet has countless local area networks that then connect with larger, regional networks and ultimately with the backbone of the Internet. 'The brain operates in a similar way.' The study was published on April 6 in the Proceedings of the National Academy of Sciences. For years, scientists looking for clues to brain function through its structure focused on what could be seen — the brain's lobes, grooves and folds. Two local networks — one governing vision and learning, and another tapped into bodily concerns like muscle and organ function — make up the inner shell of the rat's cerebral cortex. Two others — one governing smell, and another that assembles and makes sense of the information from the other three networks — make up the outer shell. This means that certain flows of information are genetically 'hardwired' into the brain, Swanson said. The discovery is the result of a massive, labor-intensive effort to organize 40 years' worth of data from peer-reviewed research articles detailing connections in rat brains. 'The data was already out there; it just needed to be compiled into a more useful format,' Swanson said. Lead author Mihail Bota of USC Dornsife created the database from more than 16,000 reports of connections, which he weighted both on the strength of the connection and the reliability of the methodology used to discover it. The process took more than 4,000 hours to complete, yielding a database that is free and available. Olaf Sporns of Indiana University subsequently performed a network analysis of the connections. A color-coded flat map of 1,923 rat cortical association macroconnections (RCAMs). The team used studies of rat brains because of the sheer volume of detailed information available. Swanson believes that the database can create an important link between human brain studies — which are largely done as non-invasive functional magnetic resonance imaging scans — and rat brain studies, which can be more in-depth. 'Having a wiring diagram for the brain will allow knowledge to flow both ways between human and animal studies,' Swanson said. 'This allows us to take theories from human brain scan studies and experimentally verify them in animals, and discoveries made in animal studies are likely to have an analogue in humans.' 'We're bridging the gap between our work in rat brains and the Stevens Institute's work with human brains,' Swanson said. 'If we can connect these two veins of neuroscience in a concrete and meaningful way, then we can dramatically expand our reservoir of information about the brain practically overnight.' In the future, Swanson hopes to be able to expand the neural-connection map of the rat brain beyond the cerebral cortex, some day mapping the entire nervous system.
Researchers say the cerebral cortex of rats is 'like a mini-Internet'
Team planning to look at human brain in the same way .
חוקרים ששרטטו 'דיאגרמת חיווט' עבור מוחות של חולדות גילו שהמבנה שלו מאורגן כמו האינטרנט. הם אומרים שקליפת המוח של החיה היא 'כמו מיני-אינטרנט'. התמונה המקיפה הראשונה של האופן שבו נוירונים מתחברים זה לזה מצאה רשתות מקומיות של נוירונים שכבות כמו קונכיות בבובת קינון רוסית. לאינטרנט יש אינספור רשתות מקומיות שמתחברות לאחר מכן עם רשתות אזוריות גדולות יותר ובסופו של דבר עם עמוד השדרה של האינטרנט. המוח פועל בצורה דומה, מצאו החוקרים. "קליפת המוח היא כמו מיני-אינטרנט", אמר לארי סוונסון, פרופסור במכללה לאותיות, אומנויות ומדעים של USC Dornsife, ומחבר מקביל של מאמר על התגלית. "לאינטרנט יש אינספור רשתות מקומיות שמתחברות אז לרשתות אזוריות גדולות יותר ובסופו של דבר עם עמוד השדרה של האינטרנט. 'המוח פועל בצורה דומה'. המחקר פורסם ב-6 באפריל בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences. במשך שנים, מדענים שחיפשו רמזים לתפקוד המוח דרך המבנה שלו התמקדו במה שניתן לראות - האונות, החריצים והקפלים של המוח. שתי רשתות מקומיות - אחת שמנהלת את הראייה והלמידה, ואחרת נוגעת לדאגות גופניות כמו תפקוד שרירים ואיברים - מהוות את המעטפת הפנימית של קליפת המוח של החולדה. שניים אחרים - אחד שולט בריח, ואחר שמרכיב ומבין את המידע משלוש הרשתות האחרות - מרכיבים את המעטפת החיצונית. משמעות הדבר היא שזרימות מסוימות של מידע "מחוברות" גנטית לתוך המוח, אמר סוונסון. התגלית היא תוצאה של מאמץ מסיבי ועתיר עבודה לארגן נתונים של 40 שנה ממאמרי מחקר שנבדקו עמיתים המפרטים קשרים במוחות של חולדה. ״הנתונים כבר היו שם; זה רק היה צריך להיות מורכב לפורמט שימושי יותר, "אמר סוונסון. הסופר הראשי מיהאיל בוטה מ-USC Dornsife יצר את מסד הנתונים מיותר מ-16,000 דיווחים על קשרים, אותם שקלל הן על חוזק הקשר והן על מהימנות המתודולוגיה ששימשה לגילויו. התהליך לקח יותר מ-4,000 שעות להשלמתו, והניב מסד נתונים חינמי וזמין. אולף ספורנס מאוניברסיטת אינדיאנה ביצע לאחר מכן ניתוח רשת של הקשרים. מפה שטוחה מקודדת בצבע של 1,923 חיבורי מאקרו של קליפת המוח של חולדות (RCAMs). הצוות השתמש במחקרים על מוחות של חולדות בגלל נפח המידע המפורט הזמין. סוונסון מאמין שמסד הנתונים יכול ליצור קשר חשוב בין מחקרי מוח אנושיים - שנעשים ברובם כסריקות תהודה מגנטית תפקודיות לא פולשניות - לבין מחקרי מוח של חולדות, שיכולים להיות מעמיקים יותר. "דיאגרמת חיווט למוח תאפשר לידע לזרום לשני הכיוונים בין מחקרים בבני אדם ובבעלי חיים", אמר סוונסון. "זה מאפשר לנו לקחת תיאוריות ממחקרי סריקת מוח אנושיים ולאמת אותן בניסוי בבעלי חיים, ולגילויים שנעשו במחקרים בבעלי חיים יש סבירות אנלוגי בבני אדם." "אנחנו מגשרים על הפער בין העבודה שלנו במוחות של חולדות לבין העבודה של מכון סטיבנס עם מוחות אנושיים", אמר סוונסון. "אם נוכל לחבר את שני הוורידים הללו של מדעי המוח בצורה קונקרטית ומשמעותית, אז נוכל להרחיב באופן דרמטי את מאגר המידע שלנו על המוח כמעט בן לילה." בעתיד, סוונסון מקווה להיות מסוגל להרחיב את מפת החיבור העצבי של מוח החולדה אל מעבר לקליפת המוח, יום אחד למפות את כל מערכת העצבים.
חוקרים אומרים שקליפת המוח של חולדות היא 'כמו מיני-אינטרנט'
צוות מתכנן להסתכל על המוח האנושי באותו אופן.