Революционен пробив: Подробна 1400 терабайтова 3D карта на зрънце човешки мозък

Ваня Милева Последна промяна на 16 май 2024 в 00:00 1855 0

Шест слоя от възбудени неврони, цветно кодирани по дълбочина

Кредит Google Research и Lichtman Lab

Шест слоя от възбудени неврони, цветно кодирани по дълбочина

Съвместните усилия между Харвард и Google доведоха до пробив в науката за мозъка, създавайки обширна 3D карта на малък сегмент от човешкия мозък, разкривайки сложни невронни взаимодействия и полагайки основите за картографиране на целия мозък на мишка.

Един кубичен милиметър мозъчна тъкан може да не звучи много. Но като се има предвид, че това малко кубче съдържа 57 000 клетки, 230 милиметра кръвоносни съдове и 150 милиона синапса, всички възлизащи на 1400 терабайта данни, изследователите от Харвард и Google всъщност са постигнали нещо голямо.

Екип от Харвард, ръководен от Джеф Лихтман (Jeff Lichtman), професор по молекулярна и клетъчна биология, създават съвместно с изследователи на Google най-голямата до момента 3D реконструкция на част от човешкия мозък със синаптична резолюция, показвайки в ярки детайли всяка клетка и нейната мрежа от невронни връзки в част от човешкия темпорален кортекс с размер около половината от оризово зърно.

Технологичният напредък в невронауките

Впечатляващото постижение, публикувано в списание Science, е най-новото в почти 10-годишно сътрудничество с учени от Google Research, които комбинират електронно микроскопски изображения, направени в лабораторията на Лихтман с алгоритми на изкуствен интелект (AI) за цветно кодиране и реконструиране на изключително сложните връзки в мозъците на бозайниците. Тримата първи съавтори на статията са бившият постдокторант от Харвард Александър Шапсън-Коу (Alexander Shapson-Coe), Михал Янушевски (Michał Januszewski) от Google Research и постдокторантът от Харвард Даниел Бергер (Daniel Berger).

Крайната цел на сътрудничеството, подкрепена от Инициативата BRAIN на Националните институти по здравеопазване (National Institutes of Health BRAIN Initiative), е да се създаде карта с висока разделителна способност на невронните връзки на целия мозък на мишка, което ще доведе до около 1000 пъти количеството данни, което току-що са произвели от 1-кубически милиметров фрагмент от човешка мозъчна кора.

Прозрения от най-новата мозъчна карта

"Думата "фрагмент" е иронична", коментира Лихтман. "Терабайтът за повечето хора е нещо гигантско, но фрагмент от човешкия мозък – само една миниатюрна, мъничка частица от човешкия мозък – все още е хиляди терабайти."

Най-новата карта в Science съдържа невиждани досега подробности за структурата на мозъка, включително рядък, но мощен набор от аксони, свързани с до 50 синапса. Екипът също така забелязва странности в тъканта, като малък брой аксони, които да образуват обширни спирали. Тъй като тяхната проба е взета от пациент с епилепсия, те не са сигурни дали подобни необичайни образувания са патологични или просто рядкост.

Полето на конектомиката

Полето на Лихтман е "конектомиката", която, аналогично на геномиката, се стреми да създаде изчерпателни каталози на структурата на мозъка, до отделни клетки и "окабеляване". Такива завършени карти биха осветили пътя към нови прозрения за мозъчната функция и болестите, за които учените все още знаят много малко.

Най-съвременните AI алгоритми на Google позволяват реконструкция и картографиране на мозъчна тъкан в три измерения. Екипът също така е разработил набор от публично достъпни инструменти, които изследователите могат да използват, за да изследват и анотират конектома.

Бъдещи насоки

"Като се има предвид огромната инвестиция, вложена в този проект, бее важно да представим резултатите по начин, по който всеки друг вече може да отиде и да се възползва от тях", отбелязва сътрудникът на Google Research Вирен Джейн (Viren Jain).

След това екипът ще се заеме с образуването на хипокампа на мишката, което е важно за неврологията заради ролята му в паметта и неврологичните заболявания.

Справка: “A petavoxel fragment of human cerebral cortex reconstructed at nanoscale resolution” by Alexander Shapson-Coe, Michał Januszewski, Daniel R. Berger, Art Pope, Yuelong Wu, Tim Blakely, Richard L. Schalek, Peter H. Li, Shuohong Wang, Jeremy Maitin-Shepard, Neha Karlupia, Sven Dorkenwald, Evelina Sjostedt, Laramie Leavitt, Dongil Lee, Jakob Troidl, Forrest Collman, Luke Bailey, Angerica Fitzmaurice, Rohin Kar, Benjamin Field, Hank Wu, Julian Wagner-Carena, David Aley, Joanna Lau, Zudi Lin, Donglai Wei, Hanspeter Pfister, Adi Peleg, Viren Jain and Jeff W. Lichtman, 10 May 2024, Science.
DOI: 10.1126/science.adk4858

Източник: Harvard and Google Neuroscience Breakthrough: Intricately Detailed 1,400 Terabyte 3D Brain Map, Harvard University

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !