Дослідники картували крихітну ділянку людського мозку з рекордною деталізацією. Сформований атлас розкриває закономірності зв’язків між нейронами мозку і показує клітини з раніше невідомими особливостями. Тривимірна карта охоплює приблизно 1 мм мозку і містить близько 57 тис. клітин і 150 млн синапсів – “контактів” між нейронами.
Один нейрон (білий) з 5600 аксонами (сині), які до нього підключаються. Синапси, що забезпечують ці зв’язки, показані зеленим кольором. Зображення: Google Research & Lichtman Lab (Harvard University). Renderings by D. Berger (Гарвардський університет
Фрагмент взяли у 45-річної жінки під час операції для лікування епілепсії. Зразок отримали з кори головного мозку – частини, що бере участь у навчанні, розв’язанні проблем і обробці сенсорних сигналів. Отримані клітини занурили в консерванти і забарвили важкими металами. Нейробіологи розрізали зразок приблизно на 5000 зрізів – кожен товщиною всього 34 нм – які відсканували за допомогою електронних мікроскопів.
Дослідники розробили модель штучного інтелекту, яка з’єднала зображення, отримані за допомогою мікроскопа, і реконструювала весь зразок у 3D. Детально вивчивши модель, дослідники виявили “нетрадиційні нейрони”, що відрізняються від відомих. Наприклад, деякі пари клітин утворювали до 50 зв’язків один з одним, хоча зазвичай їх не більше двох. Інші – демонстрували дзеркальну симетрію зв’язків або формували складні зв’язки самі з собою.
Візуалізація клітин кори головного мозку. Зображення: Alexander Shapson-Coe et al., Science
Карта настільки велика, що більшу її частину ще належить перевірити вручну, і вона все ще може містити помилки, що виникли в процесі обробки такої великої кількості зображень разом. Сукупний обсяг даних про 1 мм.кв склав понад 1,4 Пб. Вчені планують створити аналогічні карти зразків мозку інших людей.
Глибше розуміння того, як працює кора головного мозку, може дати підказку про те, як лікувати деякі психіатричні та нейродегенеративні захворювання, зазначають учені. Безпрецедентні деталі можуть розкрити нові правила нейронних зв’язків і допомогти розшифрувати внутрішню роботу людського мозку.