Кубический миллиметр ткани головного мозга может показаться не таким уж большим. Но если учесть, что в этом крошечном квадратике содержится 57 000 клеток, 230 миллиметров кровеносных сосудов и 150 миллионов синапсов, что в сумме составляет 1400 терабайт данных, то ученые совершили нечто грандиозное, сообщает Гарвардский университет.
Команда под руководством Джеффа Лихтмана, профессора молекулярной и клеточной биологии, создала самую большую на сегодняшний день 3D-реконструкцию участка человеческого мозга с синаптическим разрешением, показав в ярких деталях каждую клетку и сеть нейронных связей в участке височной коры головного мозга человека размером примерно в половину рисового зерна.
Результат, опубликованный в журнале Science, объединил электронно-микроскопические изображения с алгоритмами искусственного интеллекта для цветного кодирования и реконструкции чрезвычайно сложной структуры мозга млекопитающих.
Конечной целью работы является создание карты нейронных проводов всего мозга с высоким разрешением, что потребует примерно в 1000 раз большего объема данных, чем тот, который был получен из фрагмента коры головного мозга человека размером в 1 кубический миллиметр.
«Слово "фрагмент" звучит иронично. Для большинства людей терабайт – это гигантский объем, но фрагмент человеческого мозга – всего лишь мизерный его кусочек – это тысячи терабайт», – говорит Лихтман.
Последняя карта содержит невиданные ранее детали структуры мозга, в том числе редкий, но мощный набор аксонов, соединенных около 50 синапсами. Команда также отметила странности в ткани, например, небольшое количество аксонов, которые образовывали обширные витки. Поскольку образец был взят у пациента с эпилепсией, они не уверены, являются ли такие необычные образования патологией или просто редкостью.
Лихтман занимается «коннектомикой», которая, по аналогии с геномикой, стремится создать всеобъемлющие каталоги структуры мозга, вплоть до отдельных клеток и проводков. Такие карты откроют путь к новым знаниям о работе мозга и болезнях, о которых ученые пока знают очень мало.
Современные алгоритмы ИИ позволяют реконструировать и картографировать ткани мозга в трех измерениях. Команда также разработала набор общедоступных инструментов, которые можно использовать для изучения коннектома. «Учитывая огромные инвестиции в этот проект, важно представить результаты таким образом, чтобы любой желающий мог воспользоваться ими», – говорит автор Вирен Джайн.
Далее команда займется гиппокампом мыши, который важен для нейронаук из-за своей роли в памяти и неврологических заболеваниях.
[Фото: Google Research and Lichtman Lab]
