Карта возбуждающих нейронов из нового исследования. Команда каталогизировала около 57 000 клеток и 150 миллионов связей между нейронами.
Исследователи создали цифровую карту, показывающую крошечный участок человеческого мозга в беспрецедентных деталях.
На основе образца ткани головного мозга, удаленного хирургическим путем у человека, карта представляет собой кубический миллиметр мозга — площадь примерно вдвое меньше рисового зернышка. Но даже этот крошечный сегмент переполнен 1,4 миллионами гигабайт информации, содержащей около 57 000 клеток, 230 миллиметров кровеносных сосудов и 150 миллионов синапсов — связей между нейронами.
Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Наука в пятницу. Они разместили набор данных в свободном доступе в Интернете и предоставили инструменты для его анализа и корректуры.
«В одном отношении наш набор данных ничтожен», — говорит Джефф Лихтман, соавтор исследования и биолог из Гарвардского университета. Популярная наукаЭто Лорен Леффер. «Но он не кажется маленьким, потому что, когда вы попадаете в него, вы видите, что это гигантский лес».
«Это немного унизительно», — говорит Вирен Джайн, соавтор исследования и нейробиолог из Google. Новости природы' Карисса Вонг. «Как мы вообще собираемся смириться со всей этой сложностью?»
Первая такая карта мозга была составлена в 1986 году, когда исследователи каталогизировали 302 нейрона круглого червя, пишет Джайн в блоге Google о новом исследовании. В 2020 году команда Google картировала 25 000 нейронов в мозге плодовой мухи. Они также участвовали в картировании частей мозга зебры (небольшой птицы) и личинок рыбок данио.
Для новой работы исследователи обратились к кусочку ткани мозга человека, страдающего эпилепсией. Чтобы получить доступ к повреждению гиппокампа пациента, хирург удалил ткань из левой передней височной доли — части мозга, которая, как считается, играет роль в нашей памяти об объектах, людях, словах и фактах.
Затем ученые использовали электронный микроскоп для изображения более 5000 срезов ткани, каждый из которых имел толщину всего около 30 нанометров. Процесс занял около 11 месяцев. Затем алгоритмы искусственного интеллекта реконструировали клетки и их соединения в 3D.
«Цель заключалась в том, чтобы получить изображение с высоким разрешением этой самой загадочной части биологии, которую каждый из нас носит на своих плечах», — рассказывает Лихтман изданию. Хранитель'' Йен Сэмпл. «Причина, по которой мы не сделали этого раньше, заключается в том, что это чертовски сложно. Действительно, сделать это было чрезвычайно сложно».
«Это, наверное, самая компьютероемкая работа во всей нейробиологии», — говорит Майкл Гаврилич, вычислительный нейробиолог из Алленовского института наук о мозге, который не участвовал в выводах. Обзор технологий Массачусетского технологического институтаЭто Кассандра Уилльярд. «Это геркулесов объем работы».
Эти данные уже привели к некоторым неожиданным выводам для исследователей. «В нем было так много вещей, которые были несовместимы с тем, что вы могли бы прочитать в учебнике», — говорит Лихтман Обзор технологий Массачусетского технологического института.
Например, они обнаружили несколько редких участков, где нейроны соединены более чем 50 синапсами. Это невероятно необычно: согласно сообщению в блоге Google, более 96 процентов связей между нейронами имеют только один синапс, а более 99 процентов имеют три или меньше синапсов.
Эти сильные связи могут показать, «как обучение выглядит в мозгу», предполагает Лихтман. Хранительпредставляющий поведение, настолько отработанное, что оно почти не требует размышлений, например, переключение ноги с педали газа на педаль тормоза при остановке автомобиля.
Команда также обнаружила случаи, когда аксоны, усики нейронов, передающих сообщения, сворачиваются в узлы, но они не знают, почему. «Никто раньше не видел ничего подобного», — говорит Джайн. Новости природы.
Хотя в образце ткани не было никаких признаков заболевания, исследователи не могут быть уверены, связаны ли эти сюрпризы каким-либо образом с эпилепсией человека или лечением, которое он получал. Изучение других образцов тканей могло бы дать им более четкое представление.
Далее исследователи хотели бы составить карту гиппокампа мыши. Но тем временем имеющиеся у них данные о людях дадут другим исследователям возможность узнать больше о человеческом мозге.
«Это не только впечатляющее технологическое достижение, это инструмент и ресурс, который действительно нацелен на то, чтобы поделиться с миром и предоставить всю эту научную информацию», — Тим Моска, нейробиолог из Университета Томаса Джефферсона, не внесший никакого вклада. к выводам, рассказывает Популярная наука. «Эта группа проделала потрясающую работу по разработке всех новых инструментов и конвейеров, чтобы сделать это доступным для всех, кто хочет взглянуть на это, хочет подумать об этом, хочет использовать это в своих исследованиях».
