Izdelana največja 3D rekonstrukcija dela človeških možganov

Kubični milimeter možganskega tkiva se morda ne zdi veliko. Če pa pomislimo, da ta majhen kvadrat vsebuje 57.000 celic, 230 milimetrov krvnih žil in 150 milijonov sinaps, kar skupaj znaša 1400 terabajtov podatkov, so raziskovalci Harvarda in Googla dosegli ogromen napredek.

Harvardska ekipa pod vodstvom Jeffa Lichtmana, profesorja molekularne in celične biologije na univerzi Jeremy R. Knowles in novoimenovanega dekana Fakultete za naravoslovje, in raziskovalcev Googla je ustvarila največjo 3D-rekonstrukcijo človeških možganov doslej na sinaptični ravni, ki v živih podrobnostih prikazuje vsako celico in njeno mrežo nevronskih povezav v delu človeške temporalne skorje, velikem približno kot pol riževega zrna.

Dosežek, objavljen v reviji Science, je najnovejši v skoraj desetletju trajajočem sodelovanju z znanstveniki pri Google Research, ki združuje Lichtmanovo elektronsko mikroskopijo z algoritmi umetne inteligence za barvno kodiranje in rekonstrukcijo zelo kompleksnega nevronskega ožičenja sesalcev. Trije soavtorji članka so nekdanji harvardski podoktor Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski iz Google Research in harvardski podoktor Daniel Berger.

Končni cilj sodelovanja, ki ga podpira pobuda BRAIN Nacionalnih inštitutov za zdravje, je ustvariti visokoločljivostni zemljevid nevronske povezljivosti v celotnih mišjih možganih, kar bi zahtevalo približno 1000-krat več podatkov, kot so jih pravkar dobili iz enega kubičnega milimetra človeške skorje.

Beseda "fragment" je ironična. Terabajt je za večino ljudi ogromna količina, toda fragment človeških možganov – le zelo majhen del človeških možganov – je še vedno tisoče terabajtov.

Jeff Lichtman, Jeremy R. Knowles, profesor molekularne in celične biologije

Najnovejši zemljevid v reviji Science vsebuje podrobnosti o možganski strukturi, ki jih še nismo videli, vključno z redko, a močno mrežo aksonov, ki jih povezuje do 50 sinaps. Ekipa je opazila tudi nekatere posebnosti v tkivu, kot je majhno število aksonov, ki tvorijo obsežne spirale. Ker je bil njihov vzorec odvzet bolniku z epilepsijo, niso prepričani, ali so takšne nenavadne tvorbe patološke ali preprosto redke.

Lichtmanovo področje raziskovanja je "konektomika", ki si tako kot genomika prizadeva ustvariti popolne kataloge možganske strukture vse do posameznih celic in povezav. Takšni popolni zemljevidi bodo osvetlili pot do novega razumevanja delovanja možganov in bolezni, o katerih znanstveniki še vedno vedo zelo malo.

Googlovi najsodobnejši algoritmi umetne inteligence lahko rekonstruirajo in preslikajo možgansko tkivo v treh dimenzijah. Ekipa je razvila tudi nabor javno dostopnih orodij, ki jih lahko raziskovalci uporabijo za raziskovanje in označevanje konektoma.

»Glede na ogromno naložbo, ki je bila vložena v ta projekt, je bilo pomembno predstaviti rezultate na način, da bi jih lahko imel zdaj kak drug,« je dejal raziskovalec pri Googlu Viren Jain.

Nato se bo ekipa osredotočila na regijo mišjega hipokampusa, ki je pomembna za nevroznanost zaradi svoje vloge pri spominu in nevroloških boleznih.