Tak wygląda mózg w ekstremalnym przybliżeniu. „Kawałek zajmuje tysiące terabajtów”

Naukowcy stworzyli trójwymiarowy model małego fragmentu ludzkiego mózgu, ukazujący wszystkie komórki i połączenia między nimi. Dzięki sztucznej inteligencji zidentyfikowali struktury wcześniej niewidoczne oraz kilka zagadkowych rozbieżności.

Choć milimetr sześcienny tkanki mózgowej wydaje się niewielki, kryje on mnóstwo tajemnic. W takim fragmencie znajduje się 57 tysięcy komórek, 230 milimetrów naczyń krwionośnych i 150 milionów połączeń międzykomórkowych. Ze względu na dużą gęstość neuronów, szczegółowa obserwacja struktur w mózgu jest trudna. Naukowcom z Uniwersytetu Harvarda i Google Research udało się stworzyć najdokładniejszą mapę wycinka mózgu, umożliwiającą nową perspektywę na ten organ.

W opracowaniu wyników brał udział Polak, dr Michał Januszewski, pracujący dla Google Research w Zurychu.

Niezwykłe przybliżenie

Badanie opublikowane w czasopiśmie „Science” oparto na próbce płata skroniowego pobranej od pacjenta. Naukowcy szczegółowo obserwowali próbkę pod mikroskopem elektronowym, generując ponad 1400 terabajtów danych (jeden terabajt to tysiąc gigabajtów). Na ich podstawie stworzono szczegółowy, trójwymiarowy model fragmentu, uwzględniający lokalizację poszczególnych komórek i ich połączenia. Kluczowe w tej konstrukcji były algorytmy sztucznej inteligencji .

—Słowo 'fragment’ może brzmieć ironicznie — powiedział Jeff Lichtman z Uniwersytetu Harvarda, współautor badania. — Terabajt danych wydaje się ogromny, a nawet taki wycinek zajmuje tysiące terabajtów.

Nowe odkrycia

Model mózgu pozwolił naukowcom zobaczyć struktury wcześniej niewidoczne. Jedną z nich była grupa komórek połączona 50 synapsami, miejscami, gdzie sygnał przechodzi z jednego neuronu na drugi. Zespół zauważył również pewne anomalie w tkance, na przykład komórki tworzące rozległe, spiralne lub koncentryczne struktury. Naukowcy nie byli pewni ich genezy — mogły to być zmiany chorobowe, gdyż próbka pochodziła od pacjenta z epilepsją.

Kompleksowe mapy mózgu

Ten model jest wynikiem prawie dekady pracy nad rekonstrukcją połączeń nerwowych w mózgach ssaków. Ostatecznym celem projektu jest stworzenie kompleksowej mapy mysiego mózgu, co wymaga przeanalizowania około 1000 razy więcej danych niż obecne badanie. Lichtman wyjaśnił, że takie modele mogłyby dostarczyć wglądu w funkcjonowanie mózgu i genezę chorób, o których naukowcy wiedzą bardzo niewiele.

Zespół badaczy opracował zestaw publicznie dostępnych narzędzi, które naukowcy mogą używać do badania sieci połączeń nerwowych. Następnie planują zająć się badaniami hipokampa myszy — obszaru mózgu istotnego w neurologii ze względu na jego rolę w zapamiętywaniu informacji.

 

 

 

Źródło: news.harvard.edu