A fost creată cea mai mare reconstrucție 3D a unui fragment din creierul uman

Un milimetru cub de țesut cerebral poate părea puțin. Dar dacă te gândești că acel mic pătrat conține 57.000 de celule, 230 de milimetri de vase de sânge și 150 de milioane de sinapse, totalizând 1.400 de terabytes de date, cercetătorii de la Harvard și Google au făcut progrese uriașe.

O echipă de la Harvard, condusă de Jeff Lichtman, profesor Jeremy R. Knowles de biologie moleculară și celulară și recent numit decan al Facultății de Științe, și cercetători de la Google, a creat cea mai mare reconstrucție 3D de până acum a creierului uman la nivel sinaptic, arătând în detaliu fiecare celulă și rețeaua sa de conexiuni neuronale într-o porțiune a cortexului temporal uman de dimensiunea unei jumătăți de bob de orez.

Realizarea, publicată în revista Science, este cea mai recentă dintr-o colaborare de aproape un deceniu cu oamenii de știință de la Google Research, care combină microscopia electronică Lichtman cu algoritmi de inteligență artificială pentru a codifica prin culori și a reconstrui cablajul neuronal extrem de complex al mamiferelor. Cei trei coautori principali ai lucrării sunt fostul postdoctorand Harvard Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski de la Google Research și postdoctorand Harvard Daniel Berger.

Scopul final al colaborării, susținută de Inițiativa BRAIN a Institutului Național de Sănătate, este de a crea o hartă de înaltă rezoluție a conectivității neuronale în întregul creier al șoarecilor, ceea ce ar necesita de aproximativ 1.000 de ori mai multe date decât cele obținute de la un milimetru cub de cortex uman.

Cuvântul „fragment” este ironic. Un terabyte este o cantitate imensă pentru majoritatea oamenilor, dar un fragment dintr-un creier uman - doar o mică, mică parte a unui creier uman - este totuși mii de terabyte.

Jeff Lichtman, profesor Jeremy R. Knowles de biologie moleculară și celulară

Cea mai recentă hartă din Science conține detalii despre structura creierului care nu au mai fost observate până acum, inclusiv o rețea rară, dar puternică, de axoni conectați prin până la 50 de sinapse. Echipa a observat, de asemenea, unele particularități ale țesutului, cum ar fi un număr mic de axoni care formează spirale extinse. Deoarece proba lor a fost prelevată de la un pacient cu epilepsie, aceștia nu sunt siguri dacă astfel de formațiuni neobișnuite sunt patologice sau pur și simplu rare.

Domeniul de cercetare al lui Lichtman este „conectomica”, care, la fel ca genomica, urmărește crearea unor cataloage complete ale structurii creierului, până la celulele și conexiunile individuale. Astfel de hărți complete vor deschide calea către noi înțelegeri ale funcției creierului și ale bolilor despre care oamenii de știință știu încă foarte puține.

Algoritmii de inteligență artificială de ultimă generație ai Google pot reconstrui și cartografia țesutul cerebral în trei dimensiuni. Echipa a dezvoltat, de asemenea, un set de instrumente disponibile publicului pe care cercetătorii le pot folosi pentru a explora și adnota conectomul.

„Având în vedere investiția uriașă alocată acestui proiect, a fost important să prezentăm rezultatele într-un mod în care și altcineva să poată beneficia acum de ele”, a declarat Viren Jain, cercetător la Google.

În continuare, echipa va viza o regiune a hipocampului șoarecelui care este importantă pentru neuroștiințe datorită rolului său în memorie și bolile neurologice.