Przełomowe mapowanie wszechświata mózgu człowieka

Naukowcy poczynili monumentalny krok w kierunku rozwikłania tajemnic ludzkiego mózgu.

Skrupulatnie rekonstruując maleńką próbkę tkanki mózgowej w oszałamiających szczegółach 3D, otworzyli nowe okno na skomplikowany świat neuronów i synaps. To nie jest zwykłe skanowanie mózgu – to wkraczanie na nieznany teren, mapowanie samych cegiełek myśli i pamięci.

Wyobraź sobie milimetr sześcienny, milionową część całego mózgu. Ta pozornie nieistotna plamka kryje w sobie własne uniwersum. Zespół badawczy skrupulatnie rozkroił próbkę od pacjenta poddawanego operacji padaczki, ujawniając oszałamiające 57 000 pojedynczych komórek, 230 mikroskopijnych naczyń krwionośnych i niewiarygodne 150 milionów połączeń między tymi komórkami. Każdy element jest skrupulatnie zmapowany w zbiorze danych 3D, zapewniając niezrównany widok na choreografię komórkową mózgu.

Mały wszechświat

Proces rozpoczął się od żmudnych zabiegów chemicznych mających na celu wzmocnienie kontrastu próbki, po czym nastąpiło jej skrupulatne pokrojenie na 5000 cienkich jak płatek sekcji – każda o grubości zaledwie tysiącznej części ludzkiego włosa. To misterne krojenie utorowało drogę mikroskopii elektronowej o wysokiej przepustowości, technice, która bombardowała każdą sekcję elektronami, generując kolosalne 1,4 petabajta surowych danych.

Aby wyobrazić sobie implikacje magazynowania pełnej mapy mózgu, specjaliści od technologii z Tom’s Hardware przeprowadzili pewne obliczenia. Ich ustalenia były oszałamiające: potrzebne byłoby aż 1,6 zettabajta danych. Tak ogromny zbiór danych wymagałby centrum danych o kolosalnej cenie 50 miliardów dolarów i powierzchni przekraczającej 140 akrów.

Ale same dane nie wystarczają do zbudowania obrazu mózgu. Tu właśnie wkracza magia uczenia maszynowego. Zespół Google wykorzystał algorytm, aby skrupulatnie wyrównać i połączyć te zdjęcia 2D, tworząc zapierający dech w piersiach obraz trójwymiarowej próbki.

Ta mapa stanowi najdokładniejszy obraz ludzkiego mózgu, jaki kiedykolwiek stworzono. Obejmuje ona sześcian o objętości milimetra sześciennego, który jest milion razy mniejszy od całego mózgu. To tak, jakbyśmy zdołali zajrzeć w głąb kosmicznego pyłku i odtworzyć jego wewnętrzną architekturę z niewiarygodną szczegółowością.

Co ciekawe, mapa ujawniła zaskakujący stosunek komórek podporowych do neuronów – stosunek 2:1, przy czym oligodendrocyty zajmują centralne miejsce. Są one odpowiedzialne za owijanie włókien nerwowych w ochronną osłonkę zwaną mieliną, zapewniając płynną transmisję sygnałów elektrycznych.

Mapa ujawniła również fascynujące szczegóły dotyczące połączeń neuronalnych. Podczas gdy większość neuronów łączyła się z tysiącami innych, nieliczne wykazywaly zaskakujący poziom bliskości. Niektóre aksony, długie i smukłe wypustki neuronów, tworzyły 50 połączeń z pojedynczym neuronem odbiorczym. Dodatkowo obecność tajemniczych „wirów” – ciasno splecionych wiązek aksonów – dodała mapie kolejnej warstwy.

Należy zauważyć, że próbka pochodziła od pacjenta z padaczką. Chociaż te unikalne struktury oferują cenne spostrzeżenia na temat architektury mózgu, niektóre mogą być specyficzne dla stanu pacjenta, a nie odzwierciedlać zdrową funkcję mózgu.

Mimo to ten przełomowy projekt otwiera nowy rozdział w naszych dążeniach do zrozumienia skomplikowanej organizacji komórkowej mózgu. Ta szczegółowa mapa pozwala naukowcom badać sprzęt mózgu na bezprecedensowym poziomie, potencjalnie odkrywając sekrety przepływu informacji i tworzenia się pamięci w korze mózgowej człowieka.

Baseus Zone Experience w Westfield Arkadia – relacja z pierwszego dnia eventu. Dziś czekają kolejne atrakcje!

Bezpłatnie mapa, dostępna na platformie o nazwie Neuroglancer, umożliwia naukowcom na całym świecie głębsze zanurzenie się w nieznane tereny mózgu. Ten wspólny wysiłek obiecuje zrewolucjonizować nasze rozumienie umysłu, torując drogę do postępów w leczeniu neurologicznym.