Pembinaan semula 3D terbesar serpihan otak manusia telah dicipta

Кубический миллиметр мозговой ткани может показаться незначительным. Но если учесть, что этот маленький квадрат содержит 57 000 клеток, 230 миллиметров кровеносных сосудов и сосудов и м сумме составляет 1 400 терабайт данных, то исследователи из Гарварда dan Google добились огромного прогресса.

Команда Гарварда под руководством Джеффа Лихтмана, профессора молекулярной и клеточной биологии Др. Ноулза и недавно назначенного декана научного факультета, совместно с исследователями Google создали самую крупную на сегодняшний день трехмерную реконструкцию мозга человека на синаптическом уровне, показывающую в ярких деталях каждую клетку и ее сеть нейронных связей в части человеческого височного кортекса, размером примерно с половину зернышка риса.

Pencapaian, yang diterbitkan dalam Sains, adalah yang terbaru dalam kerjasama hampir sedekad dengan saintis Penyelidikan Google yang menggabungkan mikroskop elektron Lichtmann dengan algoritma AI untuk pengekodan warna dan membina semula pendawaian saraf mamalia yang sangat kompleks. Tiga pengarang bersama pertama kertas itu ialah bekas doktor pasca Harvard Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski dari Penyelidikan Google dan Daniel Berger pascadoktor Harvard.

Matlamat utama kerjasama, yang disokong oleh Inisiatif BRAIN Institut Kesihatan Nasional, adalah untuk mencipta peta resolusi tinggi bagi ketersambungan saraf seluruh otak tetikus, yang memerlukan kira-kira 1,000 kali lebih banyak data daripada yang baru diperolehi daripada satu milimeter padu korteks manusia.

Perkataan "serpihan" kedengaran ironis. Terabait adalah jumlah yang besar bagi kebanyakan orang, tetapi serpihan otak manusia - hanya sekeping kecil otak manusia - masih beribu-ribu terabait."

Jeff Lichtman, Jeremy R. Knowles Profesor Biologi Molekul dan Selular

Peta terkini dalam Sains mendedahkan butiran struktur otak yang belum pernah diperhatikan sebelum ini, termasuk rangkaian akson yang jarang tetapi berkuasa yang disambungkan sehingga 50 sinaps. Pasukan itu juga mencatat beberapa ciri dalam tisu, seperti sebilangan kecil akson yang membentuk lingkaran yang luas. Oleh kerana sampel mereka diambil daripada pesakit yang menghidap epilepsi, mereka tidak pasti sama ada pembentukan luar biasa itu adalah patologi atau jarang berlaku.

Bidang penyelidikan Lichtman ialah "connectomics," yang, sama seperti genomik, berusaha untuk mencipta katalog lengkap struktur otak hingga ke sel dan sambungan individu. Peta yang lengkap sebegini akan menerangi jalan kepada pemahaman baharu tentang fungsi otak dan penyakit yang masih kurang diketahui oleh saintis.

Algoritma kecerdasan buatan Google moden memungkinkan untuk membina semula dan memetakan tisu otak dalam tiga dimensi. Pasukan ini juga telah membangunkan satu set alat yang tersedia secara umum yang boleh digunakan oleh penyelidik untuk meneroka dan menganotasi sambungan.

“Memandangkan pelaburan besar yang digunakan dalam projek ini, adalah penting untuk membentangkan hasilnya dengan cara yang kini boleh dimanfaatkan oleh orang lain,” kata Felo Penyelidik Google Viren Jain.

Pasukan seterusnya akan menyasarkan kawasan hippocampus tetikus, yang penting kepada neurosains untuk peranannya dalam ingatan dan penyakit neurologi.