Cercetătorii au cartografiat o fărâmă minusculă a creierului uman la o scară fără precedent, detaliind în mod viu fiecare celulă a creierului sau neuron și rețelele complicate pe care le formează cu alte celule.
Harta revoluționară a creierului, care a fost construită de cercetătorii de la Harvard și Google, dezvăluie aproximativ 57.000 de neuroni, 9 inci (230 de milimetri) de vase de sânge și 150 de milioane de sinapse sau punctele de legătură dintre neuroni.
Dr. Jeff Lichtman, un profesor de biologie moleculară și celulară la Universitatea Harvard, care a co-condus proiectul de 10 ani, a spus că nu i-a venit să creadă harta detaliată când a văzut-o prima dată. „Nu mai văzusem niciodată așa ceva înainte”, a spus el pentru Live Science.
Creierul uman este un organ extrem de complex cu aproximativ 170 de miliarde de celule, inclusiv 86 de miliarde de neuroni. Cercetătorii s-au uitat anterior în creier la o scară de milimetri folosind imagistica prin rezonanță magnetică (IRM). Și mai recent, tehnicile avansate de microscopie au dezvăluit detalii la o scară mult mai mică, îmbunătățind înțelegerea noastră asupra funcționării interioare a creierului.
Legate de: Cea mai detaliată hartă a creierului uman conține vreodată 3.300 de tipuri de celule
Acum, folosind aceste metode de microscopie și an inteligenţă artificială (AI) numit învățare automată, Lichtman și colegii săi au creat o hartă 3D dintr-o bucată de creier la scara unui nanometru sau 1 milione de milimetru. Aceasta prezintă o imagine a organului la cea mai înaltă rezoluție pe care oamenii de știință au obținut-o vreodată.
Atlasul celular rezultat, descris în jurnal Ştiinţă pe 9 mai, este de asemenea disponibile pentru cercetători online.
Această hartă prezintă o bucată minusculă de creier cu un volum de aproximativ 1 milimetru cub – mai mic decât un bob de orez. Un creier întreg de adult este de un milion de ori mai mare.
Fragmentul de creier a fost prelevat de la o femeie de 45 de ani care a suferit o intervenție chirurgicală pe creier pentru a trata epilepsia. Medicii au scos piesa din cortexul cerebral porţiunea cea mai exterioară a creierului ei. După ce au fixat proba în conservanți, cercetătorii l-au colorat cu metale grele pentru a-i ajuta să vadă celulele. Apoi au încorporat țesutul în rășină și l-au tăiat în mai mult de 5.000 de felii, fiecare măsurând aproximativ 30 de nanometri grosime.
„Aceasta este aproximativ o miime din grosimea unei șuvițe de păr”, a spus Lichtman. Echipa a scanat fiecare dintre felii cu un microscop electronic de mare viteză, care folosește mai multe fascicule de electroni pentru a ilumina celulele din eșantion. Apoi au trimis datele de microscopie la Google pentru analize ulterioare folosind AI.
Cercetătorii Google au folosit modele de învățare automată pentru a identifica același obiect în diferite imagini microscopice și apoi a crea o redare 3D a fiecărui obiect din toate imaginile. Apoi au împletit electronic randările pentru a reconstrui întregul eșantion în trei dimensiuni. Harta finală 3D conține un uriaș de 1,4 petaocteți sau 1 milion de gigaocteți de date.
„Cantitatea și complexitatea datelor generate în acest proiect au necesitat capacitatea Google de a dezvolta algoritmi de învățare automată și AI de ultimă generație pentru a reconstrui conectomul 3D.” Viren Jainun om de știință senior de la Google care a co-condus proiectul, a declarat Live Science într-un e-mail.
Harta detaliată a oamenilor de știință conține mai multe surprize. De exemplu, au descoperit că unele dintre firele de ieșire ale neuronilor, sau axonii, s-au înfășurat în noduri, formând spirale pe care Jain le-a descris ca fiind „misterioase, dar frumoase”. Echipa a găsit, de asemenea, conexiuni rare între neuroni, în care axonii singulari au fost legați de până la 50 de sinapse.
„Încă investigăm funcția acestor conexiuni, dar ele ar putea explica modul în care răspunsurile foarte rapide sau amintirile foarte importante sunt codificate”, a spus Jain pentru Live Science.
Rămâne de văzut dacă spiralele și sinapsele super-puternice au vreo legătură cu epilepsia donatorului de țesut sau dacă ar fi văzute în creierul persoanelor fără afecțiune, a remarcat Lichtman. El a adăugat că echipa examinează acum țesutul cerebral de la o persoană cu Parkinson, astfel încât aceasta ar putea începe să abordeze întrebarea.
El a adăugat că este puțin probabil ca mostrele de țesut cerebral de la oricare doi oameni să arate exact la fel, în parte pentru că modul în care creierul se conectează depinde de experiențele unui individ.
Echipa urmărește să cartografieze întregul creier al unui șoarece, care ar fi de 500 de ori dimensiunea acestui eșantion de creier uman. Încep cu hipocampul, o regiune cheie pentru învățare și memorie.
„Am început deja sarcina ambițioasă”, a spus Lichtman.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!